انتقال حرارت جابجایی اجباری نانوسیال درون میکرو لوله با شار حرارتی ثابت و سرعت لغزشی

Subject Areas : Journal of Simulation and Analysis of Novel Technologies in Mechanical Engineering

سعید جاوید ¹ , آرش کریمی پور ²

1 - دانشجوی کارشناسی ارشد،گروه مهندسی مکانیک،دانشکده فنی و مهندسی،واحد نجف اباد،دانشگاه ازاداسلامی،نجف اباد،اصفهان،ایران
2 - استادیار،گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی،واحد نجف اباد،دانشگاه ازاداسلامی،نجف اباد،اصفهان،ایران

Received: 2015-11-06 Accepted : 2016-12-28 Published : 2016-07-22

Keywords: جریان آرام, نانوسیال آب‌مس, میکرو لوله, جریان لغزشی, پرش دمایی,

Abstract :

با توجه به نیاز افزایش راندمان انتقال حرارت در سیستم های حرارتی بخصوص در سیستم هایی با ابعاد میکرو و نانو وجود ایده استفاده از نانوسیالات در تجهیزات انتقال حرارت برای بهبود عملکرد آن ها بسیار مناسب می باشد. دراین مقاله جریان و انتقال حرارت جابجایی اجباری نانوسیال آب-مس در یک میکرو لوله در رژیم لغزشی تحت شار حرارتی ثابت در مقادیر رینولدز پایین به صورت عددی موردبررسی قرار می گیرد. شرط مرزی لغزش و پرش دمایی در دیواره برای اولین بار مورداستفاده قرار گرفت و نتایج به‌صورت پروفیل های سرعت و دما و محاسبه مقادیر ناسلت و افت فشار موضعی در ناحیه ورودی و توسعه‌یافته کانال ارائه‌شده است. اثر لغزش و استفاده از نانو سیالات بر انتقال حرارت در میکرو لوله بررسی گردیده است.نتایج نشان می دهد که عدد ناسلت در ناحیه توسعه‌یافته با افزایش لغزش در دیواره، افزایش و میزان افت فشار در این ناحیه کاهش می یابد و نتایج در این ناحیه مستقل از عدد رینولدز جریان هست. در ناحیه ورودی افزایش عدد رینولدز جریان نیز باعث افزایش این مقادیر در این ناحیه می-گردد. همچنین در این پژوهش مشاهده گردید افزودن نانو ذرات به سیال باعث افزایش انتقال حرارت جریان گردیده اما این مقدار ناچیز است.

References:

[1] Sundar L.S, Singh M.K, Convective heat transfer and friction factor correlations of nanofluid in a tube and with inserts: A review. Journal of Renewable and Sustainable Energy Reviews 2013; 20: 23-35.

[2] Ahuja AS. Augmentation of heat transport in laminar flow of polystyrene suspension: experiments and results. Journal of Applied Physics 1975; 46: 3408–16.

[3] Choi SUS Enhancing thermal conductivity of fluids with nanoparticles. In: Proceedings of the 1995 ASME international mechanical engineering congress and exposition, San Francisco, CA, USA, 1995.

[4] Raisi A, Ghasemi B and Aminossadati S.M, A Numerical Study on the Forced Convection of Laminar Nanofluid in a Microchannel with Both Slip and No-Slip Conditions. Numerical Heat Transfer, 2011 Part A, 59, pp. 114-129.

[5] Safaei M.R, Togun H, Vafai K, Kazi S.N, and Badarudin, A, Investigation of Heat Transfer Enchantment ina Forward-Facing contracting Channel using FMWCNT Nanofluids. Numerical Heat Transfer, 2014Part A, 66, pp. 1321-1340.

[6] Karimipour A, Esfe M.H, Safaei, M.R, Semiromi D.T, and Kazi S.N, Mixed convection of Copper-Water nanofluid in a shallow inclined lid driven cavity using lattice Boltzmann method. Physica 2014 A, 402, pp. 150-168.

[7] Jung J.-Y, Oh H.-S, Kwak H.-Y, Forced convective heat transfer of nanofluids in microchannels, Int. J. Heat Mass Transfer 52 2009, 466-472.

[8] Heris S.Z, Etemad S.Gh, Esfahany M.N, Experim­ental investigation of oxide nanofluids laminar flow convective heat transfer, Internationa Commun­ication in Heat and Mass Transfer. 33 2006, 529-535. [9] Gad-el Hak M, Flow physics in MEMS, Rev. Mec. Ind., 2001, 2, 313-341.

[10] Adams T.M, Abdel-Khalik S.I, Jeter S.I, Qureshi Z.H, An experimental investigation of single-phase forced convection in microchannel, International Journal of Heat and Mass Transfer, 1998, 41, pp. 851-857.

[11] Xuan Y, Li Q, and Ye M, Investigation of convec­tion heat transfer in ferrofluid microflows using lattice-Boltzmann approach, International Journal of Heat and Mass Transfer Thermal Sciences, 2007, 46, pp. 105-111.

[12] Ho C, Tia Y, Micro-electro-mechanical-system (MEMS) and fluid flows, Annu. Rev. Fluid Mech., 1998, 30, pp. 579-612.

[13] Choi Z, Zhang Y, Numerical simulation of laminar forced convection heat transfer Al2O3–water nanofluid in a pipe with return bend, 2012, 55, pp. 90-102.

[14] Tahir S, Mital M, Numerical investigation of lam­inar nanofluid developing flow and heat transfer in a circular channel, Applied Thermal Engineering, 2012, 39, pp. 8-14.

[15] Akbarinia A, Laur R, Investigating the diameter of solid particles effects on a laminar nanofluid flow in a curved tube using a two phase approach, International Journal of Heat and Fluid flow, 2009, 30, pp. 706-718.

[16] Kumar P, Ganesan R, A CFD Study of Turbulent Convection Heat Transfer Enhancement in Circular Pipeflow, Internatinal Journal of Civil and Envirronmental Engineering, 2012, 7, pp. 385-392.

[17] Duan Z, Muzychka Y.S,”Slip flow in non-circular microchannels”, Microfluid Nanofluid 3(2007)473-484.

[18] Brinkman H.C, The Viscosity of Concentrated Sus­pensions and Solution, J. Chem. Phys.,1952, vol. 20, pp. 571–581.

[19] Patel H.E, Sundararajan T, Pradeep T, Dasgupta A, Dasgupta N, and Das S.K, A Micro-Convection Model for Thermal Conductivity of Nanofluids, Pramana — J. Phys.,2005, vol. 65, no. 5, pp. 863–869.

[20] Sun W, Kakac S, Yazicioglu A.G, A numerical study of Single-phase convection heat transfer in microtubes for slip flow, International Journal of Thermal Sciences, 2007, 46, pp. 1084-1094.

 [21] Bahrami H, Bergman T.L, Faghri A, Forced conv­ection heat transfer in a microtubes including rare­faction, viscous dissipation and axial conduction effects, International Journal of Heat and Mass Transfer, 2012, 55, pp. 6665-6675.

 [22] Zhang T, Jia L, Zhicheng W, Validation of Navier-Stokes equations for slip flow analysis within transition region, International Journal of Heat and Mass Transfer, 2008, 51, pp. 6323-6327.

[23] Bejan A, Convection Heat Transfer (4th Edition): John Wiley & Sons, Incorporated,. p 37