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 می آید 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 می شود. 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 دهنده همخوانی قابل قبول این نتایج میباشد.
واژههای کلیدی: انتقال حرارت (Heat Transfer)، نانوسِیال (Nanofluid)، تراکمناپذیر(Incompressible) ، حفره (Cavity)، نسبت منظری (Aspect ratio)
فهرست مطالب
عنوان شماره صفحه |
1-4- پارامترهای انتقال حرارت در نانوسیالات.. 6
1-4-2- نسبت حجمی ذرات نانو.. 7
1-4-7- ضخامت لایه سیال بین ذرات نانو.. 10
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
2-3- 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
3-2- معادلات حاكم بر رژیم آرام سیال خالص.. 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
3-9- بی بعد سازی معادلات و عبارتها.. 31
3-10- شرایط مرزی و اولیه بیبعد.. 33
3-11- گسسته سازی معادلات حاكم.. 33
3-13- شبکه بندی جابجا شده.. 38
4-2- مقایسه نتایج با كارهای انجام شده در گذشته.. 44
فعالیتهای پیشنهادی برای آینده.. 68
فهرست شکل ها
عنوان شماره صفحه |
شکل 1-1- نمودار تغییرات ضریب رسانش حرارتی نسبت به زمان برای مخلوط آب اکسید مس… 7
شکل 1-3- نمودار تغییرات ضریب رسانش حرارتی نسبت به نسبت حجمی ذرات نانو 8
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 2-4- ساختارهای جریان در رژیم آرام.. 19
شكل 3-1- حجم کنترل نانوسیال برای معادله پیوستگی.. 28
شکل 3-2- حجم کنترل نانوسیال برای معادله 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 4-3- 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 4-17- پروفیلهای سرعت و دمای بیبعد در برش میانی حفره مربعی برای قطرهای مختلف.. 63
فهرست جدول ها
عنوان شماره صفحه |
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
L | عرض کویتی |
H | ارتفاع کویتی |
AR | نسبت منظری ( (L/H |
ظرفیت گرمایی ویژه | |
قطر ذرات نانو | |
k | ضریب هدایت حرارتی |
Nu | عدد ناسلت |
g | شتاب گرانشی زمین |
Pr | عدد پرنتل |
Ra | عدد ریلی |
Gr | عدد گراشف |
T | دما |
S | سطح |
P | فشار |
u | مولفه سرعت افقی |
v | مولفه سرعت عمودی |
ترم های چشمه معادله مومنتوم | |
Tc | دمای دیواره گرم |
Th | دمای دیواره سرد |
Uo | سرعت مرجع |
V | حجم |
x | مولفه طول افقی |
x* | مولفه طول افقی بی بعد |
y | مولفه طول عمودی |
Y* | مولفه طول عمودی بی بعد |
EAN | افزایش ناسلت متوسط |
VF | نسبت حجمی ذرات نانو به سیال |
نسبت حجمی ذرات نانو به سیال | |
a | نفوذ حرارتی |
b | نسبت انبساط حجمی |
m | ویسکوزیته دینامیکی مولکولی |
n | ویسکوزیته سینماتیکی |
r | چگالی |
f | سیال |
s | جامد |
avg | متوسط |
max | ماکزیمم |
* | پارامتر بیبعد |
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 به طور 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 می شود. اختلاف چگالی در اثر اختلاف فاز، اختلاف غلظت و یا دما ایجاد می شود. 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 می شود، 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 می شود. 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 می شود. 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 دیواره های رآکتور هستهای.
میدانیم وقتی قسمتی از سیال نسبت به قسمت دیگر گرمتر باشد، منبسط شده و چگالی آن کم می شود. 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 لایه های مرزی است.
امروزه، تحقیقات مکانیک سیالات در این خصوص به دو زمینه مطالعاتی محدود می شود. زمینه مطالعاتی اول اندازه گیری تجربی داده های 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 داده های 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 : * parsavahedi.t@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.
14,700 تومانافزودن به سبد خرید