به‌کارگیری نانوسیال مس-آب به منظور بهبود عملکرد سامانه های خنک کننده با مکانیسم انتقال گرما جابه جایی آزاد

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 گروه شیمی کاربردی، دانشکده شیمی، پردیس علوم، دانشگاه تهران، تهران، ایران

2 گروه شیمی کاربردی، دانشکده شیمی، پردیس البرز، دانشگاه تهران، تهران، ایران

چکیده

در مطالعه حاضر، انتقال گرما جابه جایی آزاد یک محفظه­ L- شکل پر شده با نانوسیال آب و مس، به منظور بررسی اثر مولفه­ های گوناگون مانند نسبت اندازه‌ای محفظه­، کسر حجمی نانوذره‌های مس و عدد رایلی، بر ضریب انتقال گرما، توزیع دما و سرعت مورد مطالعه قرار گرفته است. معادله‌های حاکم بر جریان سیال، شامل معادله‌های پیوستگی، مومنتوم و انرژی با استفاده از روش حجم محدود حل شده­اند. نتیجه‌ها نشان می ­دهد که در اعداد رایلی بالا، مکانیسم غالب در انتقال گرما، از رسانش به جابه جایی آزاد تغییر می‌کند و بیشینه ضریب انتقال گرما کاهش می ­یابد. در حالی که در اعداد رایلی پایین، سیال در  بخش افقی محفظه، بدون حرکت است و مکانیسم غالب انتقال گرما، رسانش است. انتقال از هدایت به جابه جایی آزاد در اعداد رایلی در گستره 105 تا 106رخ می­ دهد. همچنین حضور نانوذره‌های مس برای تمامی مقدارهای عدد رایلی، منجر به افزایش ضریب انتقال گرما می ­شود.افزون بر این نتیجه‌های به‌دست آمده از شبیه­ سازی بیانگر از آن است که قرارگیری تعدادی پره در محفظه، ضریب انتقال گرما را به طور چشمگیری افزایش می ­دهد. نتیجه‌ها نشان داد  افزودن سه پره در ساختار محفظه در شرایط اندازه‌ای  4/0، کسر حجمی نانوذره 1/0 و عدد رایلی 106، ضریب انتقال گرما را از W /m2 K  3/984 بهK /m2 W 8/1093 افزایش می ­دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

[1] Naphon P., Wongwises S., Investigation on the Jet Liquid Impingement Heat Transfer for the Central Processing Unit of Personal Computers, International Communications in Heat and Mass Transfer, 37(7): 822-826 (2010).
[2] Palm S.J., Roy G., Nguyen C.T., Heat Transfer Enhancement with the Use of Nanofluids in Radial Flow Cooling Systems Considering Temperature-Dependent Properties, Applied Thermal Engineering, 26(17): 2209-2218 (2006).
[3] Xie Y.Q., Yu J.Z., Zhao Z.H., Experimental Investigation of Flow and Heat Transfer for the Ethanol-Water Solution and FC-72 in Rectangular Microchannels, Heat and Mass Transfer, 41(8): 695-702 (2005).
[4] Jiang P.X., Fan M.H., Si G.S., Ren Z.P., Thermal–Hydraulic Performance of Small Scale Micro-Channel and Porous-Media Heat-Exchangers, International Journal of Heat and Mass Transfer, 44(5): 1039-1051 (2001).
[5] کریمی ه.، سبزه میدانی، م.م.، مطالعه عددی تأثیر عامل‌های هندسی بر انتقال گرمای نانو سیال آب ـ Al2O3 در یک میکروکانال، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (4)35: 137 تا 150 (1395).
[6] Rao Y., Liu Y., Wan C., Multiple-Jet Impingement Heat Transfer in Double-Wall Cooling Structures with Pin Fins and Effusion Holes, International Journal of Thermal Sciences, 133:106-119 (2018).
[7] Pachpute S., Premachandran B., Slot Air Jet Impingement Cooling Over a Heated Circular Cylinder with and without a Flow Confinement. Applied Thermal Engineering, 132: 352-367 (2018).
[8] Jiang P.X., Li M., Lu T.J., Yu L., Ren Z.P., Experimental Research on Convection Heat Transfer in Sintered Porous Plate Channels, International Journal of Heat and Mass Transfer, 47(10): 2085-2096 (2004).
[9] Hetsroni G., Gurevich M., Rozenblit R., Sintered Porous Medium Heat Sink for Cooling of High-Power Mini-Devices, International Journal of Heat and Fluid Flow, 27(2): 259-266 (2006).
[10] Bintoro J.S., Akbarzadeh A., Mochizuki, M., A Closed-Loop Electronics Cooling by Implementing Single Phase Impinging Jet and Mini Channels Heat Exchanger, Applied Thermal Engineering, 25(17): 2740-2753 (2005).
[11] Joshi Y., Kumar P., "Energy Efficient Thermal Management of Data Centers", Springer, 1st ed. London, New York, Dordrecht, Heidelberg (2012).
[12] Eastman J.A., Choi S.U.S., Li S., Yu W., Thompson L.J., Anomalously Increased Effective Thermal Conductivities of Ethylene Glycol-Based Nanofluids Containing Copper Nanoparticles, Appl Phys Lett, 78: 718-720 (2001).
[13] Xuan Y., Li Q., Heat Transfer Enhancement of Nanofluids, International Journal of Heat and Fluid Flow, 21(1): 58-64 (2000).
[14] Dinarvand S., Pop I., Free-Convective Flow of Copper/Water Nanofluid about a Rotating Down-Pointing Cone Using Tiwari-Das Nanofluid Scheme, Advanced Powder Technology, 28(3): 900-909 (2017).
[15] Kasaeipoor A., Ghasemi B., Aminossadati S.M., Convection of Cu-Water Nanofluid in a Vented T-Shaped Cavity in the Presence of Magnetic Field, International Journal of Thermal Sciences, 94: 50-60 (2015).
[16] Baïri A., Experimental Study on Enhancement of Free Convective Heat Transfer in a Tilted Hemispherical Enclosure by Using Water-ZnO Nanofluid Saturated Porous Materials, Applied Thermal Engineering, 148: 992-998 (2019).
[17] Aminossadati S.M., Ghasemi B., Natural Convection Cooling of a Localised Heat Source at the Bottom of a Nanofluid-Filled Enclosure, European Journal of Mechanics - B/Fluids, 28(5): 630-640 (2009).
[18] Ghasemi B., Aminossadati S.M., Periodic Natural Convection in a Nanofluid-Filled Enclosure with Oscillating Heat Flux, International Journal of Thermal Sciences, 49(1): 1-9 (2010).
[19] Koca A., Oztop H.F., Varol Y., The Effects of Prandtl Number on Natural Convection in Triangular Enclosures with Localized Heating from Below, International Communications
in Heat and Mass Transfer, 34(4): 511-519 (2007).
[20] Varol Y., Koca A., Oztop H.F., Natural Convection in a Triangle Enclosure with Flush Mounted Heater on the Wall, International Communications in Heat and Mass Transfer, 33(8): 951-958 (2006).
[21] Oztop H.F.,  Abu-Nada E., Numerical Study of Natural Convection in Partially Heated Rectangular Enclosures Filled with Nanofluids, International Journal of Heat and Fluid Flow, 29(5): 1326-1336 (2008).
[22] Mahmoodi M., Mixed Convection Inside Nanofluid Filled Rectangular Enclosures with Moving Bottom Wall, Thermal Science, 15(3): 889-903 (2011).
[23] Rudyak V.Y., Belkin A.A., Tomilina E.A., On the Thermal Conductivity of Nanofluids, Technical Physics Letters, 36(7): 660-662 (2010).
[24] Turgut A., Tavman I., Chirtoc M., Schuchmann H.P., Sauter C., Tavman S., Thermal Conductivity and Viscosity Measurements of Water-Based TiO2 Nanofluids, International Journal of Thermophysics, 30(4): 1213-1226 (2009).
[25] Ozisik M.N., "Heat Transfer a basic approach", McGraw-Hill, New York (1985).
[26] Maxwell J.C."A Treatise on Electricity and Magnetism", Oxford University Press, 2nd ed. UK, Cambridge (1904).
[27] Ishihara I., Fukui T.,  Matsumoto R., Natural Convection In A Vertical Rectangular Enclosure With Symmetrically Localized Heating and Cooling Zones, International Journal of Heat and Fluid Flow, 23(3): 366-372 (2002).
[28] Brinkman H.C., The Viscosity of Concentrated Suspensions and Solutions, The Journal of Chemical Physics, 20(4): 571-571(1952).
[29] Aly A.M., Raizah Z.A.S., Double-Diffusive Natural Convection in an Enclosure Filled with Nanofluid Using ISPH Method, Alexandria Engineering Journal, 55(4): 3037-3052 (2016).
[30] Mahmoodi M., Numerical Simulation of Free Convection of a Nanofluid in L-Shaped Cavities, International Journal of Thermal Sciences, 50(9): 1731-1740 (2011).
[31] Ferziger J.H., Perić M., "Computational Methods for Fluid Dynamics", Springer-Verlag, Berlin (1996).
[32] Tasnim S.H., Mahmud S., Laminar Free Convection Inside an Inclined L-Shaped Enclosure, International Communications in Heat and Mass Transfer, 33(8): 936-942 (2006).
[33] Aminossadati S.M., Ghasemi B., Natural Convection Cooling of a Localised Heat Source at the Bottom of a Nanofluid-Filled Enclosure, European Journal of Mechanics-B/Fluids, 28(5): 630-640 (2009).
[34] Chamkha A., Ismael M., Kasaeipoor A., Armaghani T., Entropy Generation and Natural Convection of CuO-Water Nanofluid in C-Shaped Cavity Under Magnetic Field, Entropy, 18(2): 50 (2016).

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار