شبیه سازی عددی انتقال حرارت جابجايي در محفظه حرارتي پر شده با نانوسیال آب اکسید تیتانیوم با درپوش

توضیحات:

پروژه،پایان نامه مهندسی مکانیک با عنوان: شبیه سازی عددی انتقال حرارت جابجايي در محفظه حرارتي پر شده با نانوسیال آب اکسید تیتانیوم با درپوش متحرك و ديواره ي ناصاف، در 100 صفحه بصورت کامل

نکته: ««« این پروژه بصورت انحصاری فقط در وبسایت fileok.ir به فروش می رسد. »»»

چکیده:

در این پایان نامه، حل عددی انتقال حرارت جابجایی آزاد و اجباری آرام نانو سیال اکسید تیتانیوم در محفظه­ای با درپوش متحرک و یک دیواره افقی موجی شکل مورد بررسی قرار می گیرد.

نانوذارات در محدوده­ی 0% تا 9% درصد، عدد بی­بعد ریچاردسون بین 0.1 تا 10، ارتفاع دیواره موجی شکل بین 0.25 تا 0.5 (متر) ارتفاع محفظه و نسبت طول به عرض محفظه از 0.5 تا 2 متغیر در نظر گرفته شده است. محاسبات به روش حجم محدود و با استفاده از نرم افزار تجاری فلوئنت انجام شده است. نتایج شبیه­سازی به صورت نمودارهای ناسلت متوسط، کانتورهای دمایی و خطوط جریان نشان داده شده است. نتایج نشان می دهند که ناسلت متوسط با افزایش نانوذرات و افزایش عدد ریچاردسون افزایش می­یابد و نیز بیشترین نرخ انتقال حرارت در محفظه­هایی با ارتفاع دیواره موجی شکل 0.5 (متر) و نسبت طول به عرض 0.5 رخ می­دهد. نتایج بدست آمده تطابق خوبی با مطالعات تجربی انجام شده توسط سایر محققین دارد.

فهرست مطالب:

فصل اول: کلیات تحقیق                                                                                           1

1-1: مقدمه                                                                                                                 2

1-2: روش¬های غیرفعال                                                                                                 4

   1-2-1: سطوح زبر                                                                                                     5

1-3: نانوتکنولوژی و کاربردهای آن                                                                                    6

1-4: انتقال حرارت جابجایی در محفظه حرارتی                                                                     8

1-5: افزودنی به سیالات                                                                                                10

1-6: عوامل موثر بر ضریب هدایت حرارتی نانوسیالات                                                          11

1-7: هدایت حرارتی نانوسیال و هدف از بررسی انتقال حرارت جابه جایی توام                             12

1-8: هدایت ناشی از حرکت براونی                                                                                 13

1-9: لایه¬سازی مایع در سطح مشترک آن با ذره جامد                                                             13

1-10: انتقال حرارت توسط فوتون¬ها                                                                                 14

1-11: تأثیر خوشه‌ای شدن نانوذرات                                                                                 14

1-12: مزایای بالقوه نانوسیال                                                                                          15

1-13: تهیه نانوسیال                                                                                                     17

فصل دوم: پیشینه پژوهش                                                                                        23

2-1: مروری بر کارهای گذشته                                                                                       24

فصل سوم: معادلات حاکم                                                                                       31

3-1: معادلات حاکم بر مساله                                                                                          32

   3-1-1: معادلات پیوستگی                                                                                          33

   3-1-2: معادلات مومنتوم                                                                                           33

   3-1-3: معادلات انرژی                                                                                              34

   3-1-4: معادلات حاکم بر خواص نانوسیال                                                                      35

   3-1-5: چگالی                                                                                                       36

   3-1-6: ظرفیت حرارتی ویژه                                                                                       36

   3-1-7: ضریب هدایتی حرارتی                                                                                    36

   3-1-8: لزجت                                                                                                        37

3-2: اعداد بی¬بعد                                                                                         37

   3-2-1: عدد ریچاردسون                                                                           38

   3-2-2: عدد رینولدز                                                                                 38

   3-2-3: عدد ناسلت                                                                                  39

3-3: بیان مساله                                                                                                    39

3-3-1: فرضیات تحقیق                                                                                                41

 3-4: شبیه¬سازی در نرم افزار                                                                                          41

   3-4-1: نرم افزار فلوئنت                                                                                            41

   3-4-2: نرم افزار گمبیت                                                                                            42

3-5: شبکه¬بندی                                                                                                          43               

3-6: روش حل در نرم افزار فلوئنت                                                                                 44

فصل چهارم: نتایج                                                                                                46

4-1: استقلال از شبکه                                                                                  47

4-2: صحت سنجی                                                                                                     48

4-3: نتایج                                                                                                                49

فصل پنجم: نتیجه¬گیری و پیشنهادات                                                                           71

5-1: مقدمه                                                                                                               72

5-2: نتیجه¬گیری                                                                                                         73

5-3: پیشنهادها                                                                                                           74

مراجع                                                                                                               75

Abstract                                                                                                        80

فهرست شکل¬ها

شکل 1-1: ساختار جریان مغشوش عبوری از روی دندانه دوبعدی                                               5

شکل1-2: روش تک مرحله‌ای تهیه نانوسیال                                                                                           18

شکل 1-3: تصویر TEM نانوسیال حاوی نانوذرات مس که به طریق یک مرحله‌ای تهیه شده است     18

شکل1-4: دستگاهی برای تهیه یک مرحله‌ای نانوسیال (چامخا، 2002)                                                    19

شکل1-5: الف) نانوذرات نقره، ب) نانوذرات مس                                                                19

شکل1-6: تصویر TEM از نانو ذرات TiO2                                                                                                            20                                                                     

شکل1-7: نانوسیال تهیه‌شده با استفاده از نانوذرات اکسید مس به طریق دو مرحله‌ای                        21

شکل 1-8: تصویر TEM از توده‌ای شده نانوذرات CuO و Al2O3                                                              22

شکل 3-1 شماتیک مساله                                                                                              40

شکل 3-2 شبکه¬بندی هندسه مساله                                                                                   43

شکل 4-1 میزان خطای محاسبات در نرم¬افزار                                                                      48

شکل 4-2  مقایسه عدد ناسلت متوسط بر حسب عدد ریچاردسون روی دیواره فرضی عمودی در تحقیق حاضر و ال حرفی                                                                                                       49

شکل 4-3 خطوط جریان در عدد ریچارسون 1 و عدد رینولدز 100 و ارتفاع دیواره موجی 0.25 H در الف: آب خالص ب: نانوسیال با کسر حجمی 5% ج: نانوسیال با کسر حجمی 9%                            50

شکل 4-4 خطوط دما در عدد ریچاردسون 1 و عدد رینولدز 100 و  ارتفاع دیواره موجی 0.25 H در الف: آب خالص ب: نانوسیال با کسر حجمی 5% ج: نانوسیال با کسر حجمی 9%                                   52

شکل 4-5 ناسلت موضعی روی دیواره گرم در رینولدز 100 و عدد ریچاردسون 1 در کسر حجمی¬های مختلف                                                                                                                    53

شکل 4-6 خطوط جریان در نانوسیال با کسر حجمی 5% با ارتفاع موجی 0.25H در الف: Ri=0.1 ب: Ri=1 ج: Ri=10                                                                                                      54

شکل 4-7 خطوط دما در نانوسیال با کسر حجمی 5% با ارتفاع موجی 0.25H در الف: Ri=0.1 ب: Ri=1 ج: Ri=10                                                                                                      56

شکل 4-8 ناسلت موضعی بر روی دیواره گرم برای نانوسیال 5% با رینولدز 100 و ارتفاع موجی شکل 0.25H در عدد ریچارسون¬های مختلف                                                                             57

شکل 4-9 خطوط جریان در نانوسیال با کسر حجمی 5% و Ri=1 در ارتفاع موجی شکل الف: 0 ب: 0.25H  ج: 0.5H                                                                                                     59

شکل 4-10خطوط دما در نانوسیال با کسر حجمی 5% و Ri=1 در ارتفاع موجی شکل الف: 0 ب: 0.25H  ج: 0.5H                                                                                                     60

شکل 4-11 ناسلت موضعی بر روی دیواره گرم برای نانوسیال 5% با رینولدز 100 و عدد ریچاردسون 1 در دیواره¬های موجی شکل با ارتفاع¬های مختلف                                                                       62

شکل 4-12 خطوط جریان در کسر حجمی 5% و Ri=1 ارتفاع موجی شکل 0.25H در الف: پایین محفظه ب: بالای محفظه ج: بالا و پایین محفظه                                                                    63

شکل 4-13 خطوط دما در کسر حجمی 5% و Ri=1 ارتفاع موجی شکل 0.25H در الف: پایین محفظه ب: بالای محفظه ج: بالا و پایین محفظه                                                                             65

شکل 4-14 ناسلت موضعی بر روی دیواره گرم برای نانوسیال 5% با رینولدز 100 و عدد ریچاردسون 1 در محل قرارگیری دیواره¬های موجی شکل مختلف                                                                    66

شکل 4-15 خطوط جریان در کسر حجمی 5% و Ri=1 ارتفاع موجی شکل 0.25H در نسبت طول به عرض الف: 1 ب: 0.5 ج: 2                                                                                           67

شکل 4-16 خطوط دما در کسر حجمی 5% و Ri=1 ارتفاع موجی شکل 0.25H در نسبت طول به عرض الف: 1 ب: 0.5 ج: 2                                                                                                    69

شکل 4-17 ناسلت موضعی بر روی دیواره گرم برای نانوسیال 5% با رینولدز 100 و عدد ریچاردسون 1 و دیواره¬موجی شکل 0.25H در نسبت طول به عرض¬های مختلف                                               70

فهرست جداول

جدول 1-1 طبقه‌بندی روش‌های انتقال حرارت                                                                      3

جدول 3-1 محاسبه خواص نانوسیال بر اساس روابط                                                             45

جدول 4-1 استقلال از شبکه                                                                                          47