ترکیب روش شبکه بولتزمن و تاگوچی جهت بهینه سازی اثر میدان مغناطیسی بر روی همرفت طبیعی نانوسیال در محفظه نیم دایره ای

علی نژاد, جواد; ابوالفضلی اصفهانی, جواد

ترکیب روش شبکه بولتزمن و تاگوچی جهت بهینه سازی اثر میدان مغناطیسی بر روی همرفت طبیعی نانوسیال در محفظه نیم دایره ای

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ دانشگاه آزاد اسلامی واحد ساری

² فردوسی مشهد

چکیده

در این مقاله اثر میدان مغناطیسی بر روی جریان همرفت طبیعی نانو سیال در یک محفظه نیم‌دایره‌ای با حضور منبع حرارتی شبیه سازی شده است. ابتدا انتقال حرارت همرفت طبیعی در یک محفظه ساده با یک دیوار گرم و یک دیوار سرد تحت تاثیر میدان مغناطیسی به کمک روش شبکه بولتزمن شبیه سازی شده و نتایج بدست آمده با داده های قبلی مقایسه شده است. در ادامه پارامتر های تاثیرگذار دیگری از قبیل هندسه منبع حرارتی، زاویه میدان مغناطیسی و درصد حجمی نانوسیال بر چگونگی نرخ انتقال حرارت مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. بدین منظور نتایجی از قبیل خطوط جریان و خطوط همدما ارائه شده است. در نهایت با استفاده از روش تاگوچی پارامترهای تاثیرگذار و سطوح آنها شناسایی و از بین تعداد حالات ممکن، حالت بهینه برای شبیه‌سازی تعیین شده‌است. سرانجام با استفاده از آنالیز آماری این روش شرایط بهینه پیش بینی و تایید شده است.

کلیدواژه‌ها

20.1001.1.23223278.1396.6.2.4.3

عنوان مقاله [English]

Lattice Boltzmann Simulation and Taguchi Optimization of Magnetic Field Effects on Nanofluid Natural Convection in a Semicircular Enclosure

نویسندگان [English]

javad ali nejad ¹
javad abolfazli esfehani ²

¹ azad , sari

² ferdosi mashhad

چکیده [English]

This paper discusses the application of Taguchi method in assessing maximum heat transfer rate for a natural convection with magneto hydrodynamic flow in a semicircle enclosure, embedded with a heat source. The simulations were planned based on Taguchi method with each trial performed under different magnetic field, heat source aspect ratio, and particle volume fraction of nanofluid. Thermal lattice Boltzmann methods was used to simulate flow and thermal fields. Signal-to-noise ratio analysis was carried out in order to determine the effects of process parameters and optimal factor settings. Finally, confirmation tests verified that Taguchi method achieved optimization of heat transfer rate with sufficient accuracy.

کلیدواژه‌ها [English]

Taguchi Optimiz ation Method
Lattice Boltzmann Method
Natural Convection
Magnetic Field

مراجع

Samadiani, E., Joshi, Y., and Mistree, F. “The Thermal Design of a Next Generation Data Center: A Conceptual Exposition”, Journal of Electronic Packaging, Vol. 130, No. 4, pp.1104–1112, 2008.
Kim, Y.K., Lee, K.H., and Kim, H.R. “Cold Neutron Source at Kaeri Korea”, Nuclear Engineering and Design, Vol. 238, pp.1664–1669, 2008.
Karthikeyan, S., Sundararajan, T., Shet, U.S.P., and Selvaraj, P. “Effect of Turbulent Natural Convectionon Sodium Pool Combustion in the Steam Generator Building of a Fast Breeder Reactor”, Nuclear Engineering and Design, Vol. 239, No.12, pp. 2992–3002, 2009.
Rodriguez, I., Castro, J., Perez-Segarra, C.D., and Oliva, A. “Unsteady Numerical Simulation of the Cooling Process of Vertical Storage Tanks under Laminar Natural Convection,” International Journal of Thermal Sciences, Vol. 48, No. 4, pp.708–721, 2009.
Lin, W. and Armfield, S.W. “Direct Simulation of Natural Convection Cooling in a Vertical Circular Cylinder,” International Journal of Thermophysics and Heat Transfer, Vol. 42, pp. 4117–4130, 1999.
Kurian, V., Varma, M.N., and Kannan, A. “Numerical Studies on Laminar Natural Convection Inside Inclined Cylinders of Unity Aspect Ratio,” International Journal of Thermophysics and Heat Transfer, Vol. 52, pp.822–838, 2009.
Cherkasov, S.G. “Natural Convection and Temperature Stratification in a Cryogenic Fuel Tank in Microgravity,” Fluid Dynamics, Vol. 29, No. 5, pp. 710–716, 1994.
Kefayati, G.R., Gorji, M., Sajjadi,H., Ganji, D.D. “Investigation of Prandtl Number Effect on Natural Convection MHD in an Open Cavity by Lattice Boltzmann Method”, Engineering Computations, Vol. 30 No. 1, pp.97-116, 2012.
Sheikholeslami, M., Jalili, P., Ganji, D.D. “Magnetic Field Effect on Nanofluid Flow between Two Circular Cylinders, Using AGM”, Alexandria Engineering Journalin, in press, 2017.
Chopard, B. and Luthi, P.O. “Lattice Boltzmann Computations and Applications to Physics,” Theoretical Computational Physics, Vol. 217, pp. 115–130, 1999.
Nourgaliev, R.R., Dinh, T.N., Theofanous,T.G., and Joseph, D. “The Lattice Boltzmann Equation Method: Theoretical Interpretation, Numerics and Implications,” International Journal of Multiphase Flow, Vol. 29, No. 1, pp. 117–169, 2003.
Yu, D., Mei, R., Luo, L.S., and Shyy, W. “Viscous Flow Computations with the Method of Lattice Boltzmann Equation,” Progress in Aerospace Science, Vol. 39, No. 5, pp. 329–367, 2003.
Mohammad, A.A. “Applied Lattice Boltzmann Method for Transport Phenomena Momentum Heat Mass Transfer,” Springer, London, 2011.
Aghajani, D.M., Farhadi, M., and Sedighi, K. “Effect of Heater Location on Heat Transfer and Entropy Generation in the Cavity, Using the Lattice Boltzmann Method,” Heat Transfer Research, Vol. 40, pp. 521–536, 2009.
Mezrhab, A., Jami, M., Abid, C., Bouzidi, M., and Lallemand, P. “Lattice Boltzmann Modeling of Natural Convection in an Inclined Square Enclosure with Partitions Attached to Its Cold Wall,” International Journal of Heat of Fluid Flow, Vol. 27, pp. 456–465, 2006.
He, X. and Luo, L.S., “Lattice Boltzmann Model for the Incompressible Navier–Stokes Equations,” Journal of Statistical Physics, Vol. 88, Nos. 3–4, pp. 927–944, 1997.
Chon, C.H., Kihm, K.D., Lee, S.P., and Choi, S.U.S. “Empirical Correlation Finding the Role of Temperature and Particle Size for Nanoﬂuid (Al2O3), Thermal Conductivity Enhancement,” Appl. Phys. Lett., Vol. 87, pp. 153107, 2005 .
Thürey, N. and Rüde, U. “Stable Free Surface Flows with the Lattice Boltzmann Method on Adaptively Coarsened Grids,” Computing and Visualization in Science, Vol. 12, pp. 247–263, 2009.
Taguchi, G. “On-Line Quality Control During Production”, Japan Standard Association, Tokyo, 1981.
Taguchi, G., Elsayed, E. A., and Hsiang, T. “Quality Engineering in Production Systems”, McGraw-Hill, New York, 1989.
Lin, K.H., Liao, C.C., Lien, S.Y., Lin, C.A., “Thermal Lattice Boltzmann Simulations of Natural Convection with Complex Geometry”, J. Computers & Fluids, Vol. 69, pp.35–44, 2012.
Shu, C., Xue, H., and Zhu., Y.D., “Numerical Study of Natural Convection in An Eccentric Annulus Between a Square Outer Cylinder and a Circular Inner Cylinder Using DQ Method”, Int. J. Heat Mass Transf., Vol. 44, pp. 3321, 2001.