مدلسازی جریان آرام نانوسیالات مختلف حول پره مستطیلی تخت با هدف بهینه سازی هندسی در یک چاه حرارتی

محورهای موضوعی : انتقال حرارت

سیدمحمدجواد طاهری ¹ , علی حیدری ²

1 - گروه مکانیک، واحد سمنان، دانشگاه آزاد اسلامی، سمنان، ایران
2 - هیئت علمی

تاریخ دریافت : 1396/01/17 تاریخ پذیرش : 1396/02/05 تاریخ انتشار : 1396/04/01

کلید واژه: کسر حجمی, بهینه سازی هندسی, پره صفحه تخت, نانوسیالات, اندازه نانوذرات,

چکیده مقاله :

در این مقاله، یک مدلسازی ریاضی با هدف بهینه سازی هندسی مقطع عرضی پره صفحه تخت انتها عایق با کاربرد در تعیین عرض بی‌بعد بهینه چاه حرارتی با استفاده از 8 نوع مختلف نانوسیالات خنک کننده شامل نانوذرات آلومینا، سیلیکا، تیتانیوم‌دی‌‌اکسید، اکسید‌مس، طلا، مس، الماس و فروس‌اکسید با سیال پایه آب، انجام ‌گرفته ‌است. جریان برخورد کننده به پره آرام در نظر گرفته‌شده و تأثیر عدد رینولدز، کسر حجمی، قطر نانوذرات، سرعت متغیر و دمای متوسط جریان نانوسیالات بر بهینه سازی عرض بی‌بعد پره و عملکرد حرارتی آن بررسی شد. پره صفحه تخت عایق از جنس مس که دارای ضریب رسانش گرمایی بالایی می‌باشد در نظر گرفته شده ‌است. نانوسیالات مختلف با کسرهای حجمی در محدوده 0.005 الی 0.1 درصد حجمی در قطرهای نانوذرات در رنج 8-10×3 تا 7-10×1 نانومتر برای پره با مقطع نازک مستطیلی تحلیل می‌شود. در این تحلیل با فرض اولیه زیاد بودن طول پره نسبت به عرض، حجم پره ثابت در نظر گرفته‌شده و پهنای پره بهینه سازی شده و سپس عملکرد حرارتی پره با این عرض بهینه بررسی می‌شود. نتایج تحلیل نشان داد که بیشترین عرض بی‌بعد بهینه پره برای نانوسیال طلا/ آب و کمترین مقدار مربوط به نانوسیال سیلیکا/ آب بدست می‌آید. همچنین با افزایش کسر حجمی، دمای میانگین ورودی و سرعت ورودی جریان، عرض بی‌بعد بهینه افزایش و با افزایش قطر نانوذرات کاهش می‌یابد.

چکیده انگلیسی:

This paper presents a mathematical model for geometry optimization of a rectangular cross-section flat plate fin with application in calculating optimized width of a heat sink for different Nano fluids (Aluminum oxide, Silicon dioxide, Titanium dioxide, Copper oxide, Gold, Copper, Diamond and Ferros oxide) with water as based fluid. Flow impinging on the fin is considered laminar. The effects of Reynolds number, volume fraction of nanoparticles, particle size, inlet velocity and different average temperature on the geometry optimization of the fin are investigated. A rectangular flat plate fin made from copper with higher thermal conductivity is used as the test case. Various Nano fluids with different volume fractions (0.005% to 0.1%) and different nanoparticle sizes (3×10-8 to 1×10-7 nanometer) are analyzed. In this analysis, as a basic assumption, the length of the fin is taken larger than the width and the fin volume is considered constant. Then, width of the fin will be optimized. The results indicated that the highest and the lowest optimized width is related to Gold and silicon dioxide nano fluids respectively. Increase in volume fraction, inlet velocity and temperature and decrease in nano particle size leads to optimized width enhancement.