جابجایی ترکیبی نانوسیال آب- اکسید آلومینیوم در یک محفظه مربعی باز حاوی یک قطعه جامد گرمازا

غلامرضایی, حجت; رئیسی, افراسیاب; قاسمی, بهزاد

جابجایی ترکیبی نانوسیال آب- اکسید آلومینیوم در یک محفظه مربعی باز حاوی یک قطعه جامد گرمازا

نویسندگان

دانشگاه شهرکرد

چکیده

در این تحقیق انتقال حرارت جابجایی ترکیبی نانو سیال آب- اکسید آلومینیوم در یک محفظه مربعی حاوی یک جسم جامد گرمازا به روش عددی بررسی شده است. نانو سیال با دما و سرعت یکنواخت از گوشه ی پایین و سمت چپ محفظه وارد آن می شود و به صورت توسعه یافته از گوشه ی بالا و سمت راست محفظه خارج می شود. جسم جامد قرار گرفته در مرکز محفظه، به صورت یکنواخت انرژی تولید می کند. تمام دیواره های محفظه از نظر حرارتی عایق هستند. معادلات دیفرانسیل حاکم با استفاده از روش حجم محدود گسسته شده‌اند و با استفاده از الگوریتم سیمپل حل شده اند. در این تحقیق اثر پارامترهای مختلف از قبیل کسر حجمی نانوذرات، عدد ریچاردسون، عدد رینولدز، نسبت منظری و ضریب هدایت حرارتی منبع گرمازا بر روی میدان جریان و نرخ انتقال حرارت بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که با افزایش اعداد رینولدز و ریچاردسون عدد نوسلت و نرخ انتقال حرارت افزایش می‌یابد. تغییر اندازه‌ی ضلع منبع حرارتی باعث تغییر میدان‌های جریان و میدان دما می‌شود. افزایش ضریب هدایت حرارتی منبع حرارتی باعث افزایش میزان انتقال حرارت از منبع گرمازا به نانوسیال مجاور آن می‌شود. همچنین با افزایش کسر حجمی نانوذرات ، میزان انتقال حرارت زیاد می شود.

کلیدواژه‌ها

20.1001.1.23223278.1396.6.1.2.9

عنوان مقاله [English]

Mixed Convection of a Water-Al2O3 Nanofluid in an Open Square Cavity, Containing a Solid Body Heat Source

چکیده [English]

In this study, mixed convection of a water-Al₂O₃ nanofluid was numerically investigated in an open square cavity. All cavity walls were insulated and a solid body heat source was placed at the center of the cavity. The nanofluid enters the cavity with uniform velocity and temperature and leaves it as a fully developed flow. The governing equations were discretized using finite volume method and using Patankar’s SIMPLE algorithm. The effects of relevant parameters, such as Reynolds and Richardson numbers, length ratio (The ratio of the heat source length to the length of the cavity), the source thermal conductivity, and solid volume fraction of the nanoparticles were examined, both from flow field and the heat transfer rate considerations. The results show that the average Nusselt number increases with increase in Reynolds and Richardson numbers. A change in length ratio changes the flow and temperature fields. In addition, Increase of heat source thermal conductivity increases the average Nusselt number. The results also show that thermal performance of cavity is enhanced by increasing solid volume fraction of the nanoparticles.

مراجع

Mahmoudi, Gh. and Ghasemi, B. “Effect of Baffle on Mixed Convection Heat Transfer from an Open Cavity with Heat Sources”, Aerospace Mechanics Journal, Vol. 8, No. 2, pp. 45-56, 2012 (In Persian).
Mahmoudi, A.H., Shahi, M., Honarbakhsh Raouf, A., and Ghasemian, A. “Numerical Study of Natural Convection Cooling of Horizontal Heat Source Mounted in a Square Cavity Filled with Nanofluid”, Int. Commun. Heat Mass Transfer, Vol. 37, No. 8, pp. 1135-1141, 2010.
Hemmat Esfe, M., Ghadak, F., Haghiri, A., and Mir-Talebi S.S. “Numerical Study of Mixed Convection Flows in a Two-sided Inclined Lid-driven Cavity, Utilizing Nano-fluid with Various Inclination Angles and Non-uniform Temperature”, Aerospace Mechanics Journal, Vol. 8, No. 2, pp. 69-83, 2012 (In Persian).
Kalteh, M., Javaherdeh, K., and Azarbarzin, T. “Numerical Solution of NanoFluid Mixed Convection Heat Transfer in a Lid-driven Square Cavity with a Triangular Heat Source, Powder Tech., Vol. 253, No. 1, pp. 780-788, 2014.
Ghasemi, B. and Aminossadati, S.M. “A Numerical Study of Mixed Convection in a Horizontal Channel with a Discrete Heat Source in an Open Cavity”, Eur. J. Mech., B-Fluids, Vol. 28, No. 4, pp. 590-598, 2009.
Roy, M., Roy, S., and Basak, T. “Analysis of Entropy Generation on Mixed Convection in Square Enclosures for Various Horizontal or Vertical Moving Wall(s)”, Int. Commun. Heat Mass Transfer, Vol. 68, No. 1, pp. 258-266, 2015.
Hasib, M.H., Hossein, M.S., and Saha, S. “Effect of Tilt Angle on Pure Mixed Convection Flow in Trapezoidal Cavities Filled with Water-Al2O3 Nanofluid”, Procedia Engineering, Vol. 105, No. 1, pp. 388 – 397, 2015.
Uddin, M.B., Rahman, M.M., Khan, M.A.H., Saidur, R., and Ibrahim, T.A. “Hydromagnetic Double-Diffusive Mixed Convection in Trapezoidal Enclosure Due to Uniform and Non-uniform Heating at the Bottom Side: Effect of Lewis Number”, Alexandria Engineering Journal, Vol. 55, No. 2, pp. 1165–1176, 2016.
Hajialigol, N., Fattahi, A., Ahmadi, M.H., Qomi, M.E., and Kakoli, E. “MHD Mixed Convection and Entropy Generation in a 3-D Microchannel, Using Al2O3–Water Nanofluid”, J. Taiwan Inst. Chem. Eng., Vol. 46, No. 1, pp. 30-42, 2014.
Milani Shirvan, K. and Mamourian, M. “Numerical Investigation and Optimization of Mixed Convection and Entropy Generation in Square Cavity with Lid-Driven”, J. Modarres Mech. Eng., Vol. 15, No. 8 , pp. 164-174. 2015 (In Persian).
Parvin, S., Nasrin, R., and Alim, M. A. “Heat Transfer Performance of Nanofluid in a Complicated Cavity Due to Prandtl Number Variation”, Procedia Engineering, Vol. 90, No. 1, pp. 377-382, 2014.
Brinkman, H.C. “The Viscosity of Concentrated Suspensions and Solution”, J. Chem Phys., Vol. 20, pp. 571-581, 1952.
Vajjha, R.S. and Das D.K., “Experimental Determination of Thermal Conductivity of Three Nanofluids and Development of New Correlations”, Int. J. Heat Mass Transfer, Vol. 52, Nos. 21-22, pp. 4675–4682, 2009.
Sheikhzadeh, G.A. and Ehteram, H. “Numberical Study of Natural Convection in a Nanofluid Filled Enclosure with Central Heat Source and Presenting Correlations for Nusselt Number”, J. Modarres Mech. Eng., Vol. 13, No. 10, pp. 62-74, 2013 (In Persian).
Patankar S.V. “Numerical Heat Transfer and Fluid Flow”, Hemisphere, Taylor and Francis Group, New York, 1980.
de Vahl Davis G., “Natural Convection of Air in a Square Cavity: A Bench Mark Numerical Solution”, Int. J. Numer Meth Fluid, Vol. , pp. 249-264,1983.
Rahman, Md.M., Alim, M.A., Saha, S., and Chowdhury, M.K. “A Numerical Study of Mixed Convection in a Square Cavity with a Haet Conductin Square Cylinder at Different Locations”, J. Mech. Eng., Vol. 39, No. 2, pp. 78-85, 2008.