دانلود پایان نامه ارشد : تحلیل عددی رفتار انواع نانوسیال در حفره­ های بلند

دانشگاه مازندران

دانشکده مکانیک

پایان نامه کارشناسی ارشد

گرایش تبدیل انرژی

  عنوان

تحلیل عددی رفتار انواع نانوسیال در حفره­ های بلند

استاد راهنما

دکتر علی­اکبر رنجبر

استاد مشاور

دکتر سید فرید حسینی­زاده

مهندس عباس رامیار

شهریور ماه 1388

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکیده :

افزایش انتقال حرارت و همچنین افزایش راند مان انرژی با توجه به محدودیت منابع طبیعی و كاهش هزینه­ها همواره یكی از اساسی ترین دغدغه­های مهندسین و محققین بوده است. این امر به خصوص در سیالات به دلیل كوچكی ضریب رسانش حرارتی از اهمیت بیشتری برخوردار است. یكی از مهمترین راه­های دستیابی به این امر ،كه در سال­های اخیر به آن توجه زیادی شده، افزودن ذرات جامد با رسانش حرارتی بالا در ابعاد نانو می باشد. جریان جا به ­جایی طبیعی در داخل حفره، که تنها عامل محرک در آن نیروی شناوری می­باشد، به علت تنوع کاربرد در بخش مهندسی و صنعت،  یکی از پدیده­های مهم به شمار می­آید که بطور گسترده در علم انتقال حرارت مورد مطالعه قرار گرفته است. هدف از این تحقیق بررسی اثر ذرات نانو در انتقال حرارت وجریان سیال و همچنین تاثیر قطر ذرات برآن در حفره قائم­الزاویه با نسبت منظری­های متفاوت (0.1،0.2،0.25،0.5،0.75،1=L/H ) می­باشد. در این تحقیق از دو سیال پایه­ آب و اتیلن گلیکول و سه نوع نانو ذره­ی جامد مس (Cu)، اکسید تیتانیم (TiO₃) و اکسید آلومینیم(Al₂O₃)برای چهار نسبت حجمی متفاوت ( 0،0.025،0.05،0.1=φ ) استفاده شده است. جریان آرام و در محدوده فرض بوزینسک در نظر شده و نتایج برای سه عدد رایلی 10⁵، 10⁶ و 10⁷ ارائه گردیده است. جهت مدلسازی جریان از الگوریتم سیمپل استفاده شده و نتایج حاصل برای جریان تراکم ناپذیر ارائه گردیده است . به این ترتیب با بهره گرفتن از برنامه عددی نوشته شده امکان مدلسازی انتقال حرارت در جریان آرام سیال با بهره گرفتن از فرض بوزینسک فراهم گردیده است. نتایج نشان داده است که نانو ذرات معلق در سیال باعث افزایش نرخ انتقال حرارت در هر عدد رایلی و نسبت منظری می­شود. همچنین نتایج نشان داده است که عدد ناسلت ماکزیمم و عدد ناسلت متوسط با افزایش نسبت حجمی ذرات نانو افزایش می­یابند. همچنین بیشترین مقدار ناسلت متوسط برای نانوذره­ی مس (Cu) مشاهده شده است. مقایسه­ نتایج حاصل از حل جریان با محققان پیشین نشان دهنده­ی همخوانی قابل قبول این نتایج می­باشد.

واژه‌های کلیدی: انتقال حرارت (Heat Transfer)، نانوسِیال (Nanofluid)، تراکم­ناپذیر(Incompressible) ، حفره (Cavity)، نسبت منظری (Aspect ratio)

فصل اول: مقدمه

1-1- جابجایی طبیعی.. 1

1-2- نانوسیال.. 3

1-3- تولید نانوسیال.. 5

1-4- پارامترهای انتقال حرارت در نانوسیالات.. 6

1-4-1- انباشتگی ذرات.. 6

1-4-2- نسبت حجمی ذرات نانو.. 7

1-4-3- حرکت براونی.. 8

1-4-4- ترمو فرسیس.. 8

1-4-5- اندازه نانوذرات.. 9

1-4-6- شکل نانوذرات.. 9

1-4-7- ضخامت لایه سیال بین ذرات نانو.. 10

1-4-8- دما.. 11

1-4-9- کاهش در ضخامت لایه مرزی گرمایی.. 12

1-5- ویژگی­های تحقیق حاضر.. 12

فصل دوم: روش های مدلسازی جریان نانوسیال و بررسی كارهای انجام شده در این زمینه

2-1- روش های مدلسازی جریان نانوسیال.. 14

2-2- تعریف مسئله.. 17

2-3- فیزیک جریان آرام داخل حفره.. 18

2-4- کارهای انجام شده در زمینه شبیه­سازی جریان جابجایی طبیعی در نانوسیال   20

2-4-1- کارهای انجام شده در زمینه خواص نانوسیال.. 20

2-4-1-1- روابط تئوری ارائه شده در زمینه ضریب رسانش حرارتی موثر نانوسیال   20

2-4-1-2- روابط تئوری ارائه شده در زمینه ویسكوزیته نانوسیال.. 21

2-4-1-3- كارهای تجربی انجام شده در زمینه ضریب رسانش حرارتی موثر نانوسیال   21

2-4-1-4- كارهای تجربی انجام شده در زمینه ویسكوزیته موثر نانوسیال   22

2-4-2- كارهای انجام شده در زمینه انتقال حرارت در نانوسیال.. 23

2-4-2-1- كارهای تجربی انجام شده در زمینه انتقال حرارت در نانوسیال   23

2-4-2-2- كارهای عددی انجام شده در زمینه انتقال حرارت در نانوسیال در داخل حفره­ی مربعی.. 24

فصل سوم: معادلات حاكم و گسسته سازی آن­ها

3-1- فرض پیوستگی.. 25

3-2- معادلات حاكم بر رژیم آرام سیال خالص.. 26

3-3- خواص نانوسیال.. 26

3-4- معادله بقاء جرم برای نانوسیال.. 27

3-5- معادله بقاء انرژی برای نانوسیال.. 28

3-6- معادله بقاء مومنتم برای نانوسیال (ناویراستوكس).. 29

3-7- معادلات مربوط به نانوسیال درتحقیق حاضر.. 30

3-8- شرایط مرزی و اولیه.. 31

3-9- بی بعد سازی معادلات و عبارت­ها.. 31

3-10- شرایط مرزی و اولیه بی­بعد.. 33

3-11- گسسته سازی معادلات حاكم.. 33

3-12- الگوریتم سیمپل.. 34

3-13- شبکه بندی جابجا شده.. 38

فصل چهارم: بررسی نتایج عددی

4-1- تعیین شبکه مناسب.. 43

4-2- مقایسه­ نتایج با كارهای انجام شده در  گذشته.. 44

4-3- نتایج نانوسیال.. 46

فصل پنجم: نتیجه­گیری

فعالیتهای پیشنهادی برای آینده.. 68

مراجع.. 69

شکل 1-1- نمودار تغییرات ضریب رسانش حرارتی نسبت به زمان برای مخلوط آب اکسید مس… 7

شکل 1-2- افزایش انباشتگی نانوذرات با افزایــــش زمان برای مخلوط آب اکسید مس (0.1=φ). الف)20 دقیقه ب)60 دقیـــقه ج) 70 دقیقه.. 7

شکل 1-3- نمودار تغییرات ضریب رسانش حرارتی نسبت به نسبت حجمی ذرات نانو   8

شکل 1-4- نمودار تغییرات ضریب رسانش حرارتی موثر نسبت به نسبت حجمی و اشکال متفاوت نانوذرات برای مخـــــــلوط آب-اکسیدآلومنیم.. 9

شكل 1-5- نمودار تغییرات ضریب رسانش حرارتی موثر نسبت به ضخامت لایه سیال پیرامون نانوذرات.. 11

شكل 1-6- نمودار تغییرات ضریب رسانش حرارتی موثر نسبت به دما برای مخلوط آلومینیوم- آب.. 11

شکل 2-1- نمونه ­ای از حجم کنترل (ناحیه سایه­دار) که در آن فرض پیوستگی برقرار است.. 15

شكل 2-2- رژیم­های جریان گاز بر پایه­ نادسن… 17

شكل 2-3- هندسه­ی مسئله.. 18

شكل 2-4- ساختارهای جریان در رژیم آرام.. 19

شكل 3-1- حجم کنترل نانوسیال برای معادله­ی پیوستگی.. 28

شکل 3-2- حجم کنترل نانوسیال برای معادله­ی بقاء انرژی.. 28

شکل 3-3- نمای کلی عملکرد الگوریتم سیمپل.. 37

شکل 3-4- یک صفحه شطرنجی با توزیع فشار غیر یکنواخت.. 38

شکل 3-5- طرز قرار گرفتن گره­ها برای جریان دو بعدی.. 40

شکل 3-6- سیستم مکان­ها بر اساس شماره گذاری خطوط شبکه و وجوه سلول   41

شکل 4-1- پروفیل­های سرعت و دما بی­بعد در برش میانی حفره مربعی بـــــــرای مش­های مختلف (6.2=Pr،10⁶ Ra = و 0.05= φ) 43

شکل 4-2- توزیــــــع ناسلت متـــــوسط روی دیواره­ی گــــــترم در نسبت منظری­های مختلف ( 0.71 =Pr  و0= φ الف) 10⁵ Ra =، ب) 10⁶-10⁷ Ra = .. 45

شکل 4-3- مقایسه پروفیل دما در برش میانی حفره مربعی(6.2=Pr ، 105- 104=G و 0.05= φ ) 46

شکل 4-4- پروفیل­های سرعت و دما بی­بعد در برش میانی حفره مربعی.. 47

شکل 4-5- مقایسه خطوط جریان بین سیال خالص و نانوسیال آب در نسبت منظری­های مختلف و0.05= φ. .. ……………………………………… … 49

شکل 4-6- مقایسه خطوط همدما بین سیال خالص و نانوسیال آب در0.05= φ و نسبت منظری­های مختلف.. . ………………………………………… 50

شکل 4-7- مقایسه تغییرات سرعت ماکزیمم افقی در برش میانی حفره بین سیالات خالص و نانوسیالات آب و اتیلن گلیــکول در 0.05= φ نسبت به تغییرات نسبت منظری   51

شکل 4-8- مقایـــــسه تغییرات سرعت ماکزیمم افقی در برش میانی حفره بین نانوسیالات آب و اتیلن گلیــــکول در0.05= φ نسبت به تغییرات نسبت منظری   52

شکل 4-9- مقایسه تغییرات سرعت ماکزیمم عمودی در برش میانی حفره بین  سیالات و نانوسیالات آب و اتیلن گلیـــکول در 0.05= φ نسبت به تغییرات نسبت منظری   53

شكل 4-10- مقایسه تغییرات سرعت ماکزیمم عمودی در برش میانی حفره بین نانوسیالات آب و اتیلن گلیــــکول در0.05= φ نسبت به تغییرات نسبت منظری   53

شکل 4-11- تغییرات ناسلت ماکزیمم برای نانوسیالات آب و اتیلن گلیـکول نسبت به تغییرات نسبت منظری در نسبت حجمی و رایلی­های متفاوت.. 55

شکل 4-12-. تغییرات ناسلت ماکزیمم برای سیال خالص و نانوسیال آب و اتیلن گلیکول نسبت به تغییرات نسبت منظری.. 56

شکل 4-13- تغییرات ناسلت متوسط نانوسیالات آب و اتیلن گلیـــــــکول نسبت به تغییرات نسبت منظری در نسبت حجمی و نسبت منظری­های محتلف… 58

شکل 4-14- تغییرات ناسلت متوسط نانوسیالات آب و اتیلن گلیـــــــکول نسبت به تغییرات نسبت منظری در نسبت حجمی و رایلی­های محتلف.. 59

شکل 4-15- تغیـــیرات ناسلت موضعی نانوسیال آب روی دیواره گرم و سرد در هر نسبت منظری و 10⁶=Ra  برای نسبت­های حجمی متفاوت.. 61

شکل 4-16- مقایسه­ تغییرات ناسلت متوسط نانوسیال در 0.1= φ با سیال پایه­ آب و ذرات نانو مختلف نسبت به تغیـیـــرات نسبت منظری.. 62

شکل 4-17- پروفیل­های سرعت و دما­ی بی­بعد در برش میانی حفره مربعی برای قطرها­ی مختلف.. 63

جدول(4-1)- خواص ترموفیزیکی سیالات و نانوذرات…………… 43

جدول(4-2)- مقایسه­ نتایج تحقیق حاضر و نتایج مرجع………. 44

 جدول(4-3)- مقادیر ناسلت متوسط نانوسیال با سیال پایه­ آب .. 64

 جدول(4-4)- مقادیر ناسلت متوسط نانوسیال با سیال پایه­ اتیلن گلیکول   65

لیست علائم و اختصارات

مقدمه

هدف از انجام این تحقیق شبیه­سازی جریان جابجایی طبیعی نانوسیال است. بر این اساس و به منظور آشنایی بیشتر با ویژگی­های این تحقیق، نیاز به درک بهتر مفاهیم مطرح شده مثل جابجایی طبیعی، خواص نانوسیال و جریان نانوسیال است. این فصل هر یک از مفاهیم فوق را به­طور جداگانه معرفی کرده و ویژگی­ها و پیچیدگی­های آن­ها را به شکل اجمالی مطرح می­نماید.

1-1- جابجایی طبیعی

یکی از مسایل بسیار مهم در مکانیک سیالات حرکت سیالات در طبیعت و صنعت است که مهندسان همه­ روزه با آن سروکار دارند. برخی از جریانات حاصل از جابجایی طبیعی[1] ناشی از نیروی ارشمیدس است. در مبحث انتقال حرارت صفت “طبیعی“، به جریان­هایی اختصاص می­یابد که نتیجه اختلاف چگالی جرمی هستند، درحالیکه وقتی جریان در اثر گرادیان فشار و یا شرایط مرزی سرعت اتفاق می­افتد، جابجایی اجباری[2] اصطلاح مناسب­تری است. بعضی از نویسندگان و محققین، بین جابجایی طبیعی داخلی (در محوطه بسته) و خارجی (اطراف اشیا) دچار اشتباه می­گردند. الگو­های رفتاری این دو متفاوت از هم بوده و دومی جابجایی آزاد[3] نیز نامیده می­شود. اختلاف چگالی در اثر اختلاف فاز، اختلاف غلظت و یا دما ایجاد می­شود. حباب­های بخار در آب نمونه ­ای از حالت اول هستند. قانون ارشمیدس بیان می­ کند که نیروی خالص به طرف بالا که به حباب وارد می­شود، برابر است با شتاب جاذبه ضرب­ در اختلاف بین جرم جابجا شده از آب و جرم بخار حباب، که این نیروی شناوری باعث بالا رفتن حباب می­شود. حرکت­های نفوذی نمونه ­ای از حالت دوم هستند که در آن، طبیعت سعی می­ کند غلظت محلول را در جهت ماکزیمم کردن آنتروپی یکسان کند. مسأله­ای که در پیش روست، مثالی برای حالت سوم است که از این به بعد به بررسی آن پرداخته می­شود. به عنوان بخشی از کاربردهای صنعتی و مهندسی و نمونه­های عملی این جریان، می­توان به موارد زیر اشاره کرد:

جابجایی هوا و تهویه در داخل بناها و ساختمان­ها، تانکرهای ذخیره مایعات، ساختار سلول­های خورشیدی، خنک کاری تجهیزات الکترونیکی، انتقال حرارت طی رشد کریستال­ها و جریان بین دیواره­های رآکتور هسته­ای.

می­دانیم وقتی قسمتی از سیال نسبت به قسمت دیگر گرم­تر باشد، منبسط شده و چگالی آن کم می­شود. به همین دلیل است که گردابه­های حرارتی در اتمسفر و اقیانوس­ها ایجاد می­گردند و یا بالن­هایی که با هوای گرم پر می­شوند، بالا می­روند.  جابجایی­های طبیعی به دو دسته تقسیم می­گردند که هر کدام با الگو­های رفتاری خاصی مشخص می­شوند. اولین دسته که “گرمایش از سطح زیرین”[4] نام دارد، در اثر حرارت دادن یک صفحه زیرین که سیال سردتری در روی آن در جریان است، ایجاد می­گردد. مشخصه اصلی این دسته، وجود ساختارهای بزرگ و منسجم در سیال مانند پلوم­ها[5]، سلول­های حرارتی[6] و سلول­های رایلی-بنارد[7] است. دومین دسته به “گرمایش از کناره­ها”[8] معروفند که صفحه عمودی گرم ساده­ترین مثال این دسته به شمار می­رود. مشخصه اصلی این دسته هم گرادیان­های شدید دما و سرعت در لایه­های مرزی است.

امروزه، تحقیقات مکانیک سیالات در این خصوص به دو زمینه مطالعاتی محدود می­شود. زمینه مطالعاتی اول اندازه ­گیری تجربی داده­های جریان و دیگری، شبیه سازی عددی معادلات ریاضی حاکم بر جریان است. مطالعه در هر کدام از این زمینه­ها مشکلات مخصوص به خود را دارد. کار تجربی از نااطمینانی­هایی که در شرایط مرزی وجود دارد و همچنین مشکل اندازه واقعی مدل رنج می­برد و معمولا پر هزینه­تر از روش عددی است. هر چند برای اثبات درستی روش عددی و بدست آوردن فرضیات و ثوابت تجربی، روش تجربی همواره لازم است. اما اگر یک مدل عددی برای حالت خاصی به کمک داده­های تجربی تأیید شود، نتایج آن مدل برای حالت­های مشابه نیز قابل استناد است، بدون اینکه برای آن حالت­ها نیاز به هزینه کار تجربی باشد و این نقطه قوت شبیه سازی عددی است.

تعداد صفحه : 95

قیمت :14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        *       asa.goharii@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.