Skip to main content
SUPERVISOR
Ebrahim Shirani,Mohsen Nasresfahany
ابراهیم شیرانی چهارسوقی (استاد مشاور) محسن نصراصفهانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Nader Afshar
نادر افشار

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389
In this thesis, Taylor flow (also called slug flow ) of nanofluid (?-Al2O3/water,1%.vol) in rectangular microchannels with high aspect ratio was investigated using FLUENT software. 4 types of different inlet configurations were considered to investigate hydrodynamics and heat transfer. In first geometry air was entered vertically and the nanoflid was entered horizontally. In second geometry nanofluid was entered vertically and air was entered horizontally. In third geometry air and nanofluid both were entered vertically and in fourth geometry air and nanofluid were entered in 120° angle. The results are presented as hydrodynamic results and heat transfer results. In hydrodynamic results, slug and bubble lengths, liquid film properties, pressure drop and gas void fraction were studied and the results were compared with previous correlations presented by other researchers. There are very high deviations between the results based on the previous correlations and the presented results in liquid film thickness, slug and bubble lengths and gas void fraction. Results show that pressure drop is constant across a unit cell in microchannel. In this thesis two theoretical equations were presented to predict gas void fraction and period of Taylor flow. Proposed equations predict measurements accurate to 3% for gas void fraction and 4% for slug period. Investigation of velocity vectors specified that two vortices exist in front of bubbles and in the tail. The vortex which exist in bubble tail results in an inverse flow. In heat transfer results, the Nusselt number in a unit cell and the local Nusselt number in all geometries were investigated and compared. Investigation of temperature contour in a unit cell shows that the hottest point on the wall is where the back vortex exists. Also the lowest Nusselt number in a unit cell is observed at the same point. First geometry showed the greatest Nusselt number and the Nusselt number has an inverse relationship with unit cell length. Boundary adaption method was used to simulate liquid film which is the fast method among the other methods used by previous researchers and specified that the pressure drop has an 80% deviation without considering liquid film in simulations. Use of nanofluid instead of water as the liquid phase in Taylor flow could enhance heat transfer coefficient. Nanofluid of ?-Al2O3/water,1%.vol was used and simulated as a homogenous liquid in this thesis. The influence of using nanofluid was studied and determined a 10% increase in Nusselt number compared to water. The hydrodynamic and thermal properties were considered temperature dependant in present simulation while previous researchers considered constant properties in their simulations. Keywords: Taylor flow (slug flow), nanofluid, microchannel, CFD
در این پایان نامه جریان تیلور نانوسیال 1% حجمی اکسید آلومینیوم در آب در میکرو کانال‌های با سطح مقطع مستطیلی با نسبت عمق به عرض زیاد با استفاده از شبیه سازی در نرم افزار فلوئنت (Fluent) بررسی شد. 4 هندسه‌ی مختلف برای بررسی اثر هندسه‌ی ورودی بر روی هیدرودینامیک و انتقال حرارت جریان تیلور در نظر گرفته شد. در هندسه ی 1 هوا به صورت عمودی و نانوسیال در امتداد میکروکانال وارد می شود . در هندسه ی 2 نانو سیال به صورت عمودی و هوا در امتداد میکروکانال وارد می شود. در هندسه ی 3 هوا و نانو سیال هر دو به صورت عمودی و در هندسه ی 4 با زاویه ی 120 درجه وارد می شوند. در نهایت مشخص شد که هندسه 1، در شرایط یکسان دارای بالاترین عدد ناسلت است و عدد ناسلت نه تنها با طول لخته ها و حباب ها بلکه با طول سلول نسبت عکس دارد. بنابر این با کاهش طول سلول ها عدد ناسلت افزایش می یابد با کاهش عرض ورودی فاز گاز طول سلول ها کاهش و در نتیجه عدد ناسلت افزایش می یابد. از طرفی لایه‌ی مایع اطراف حباب‌ها که نقش کلیدی را در هیدرودینامیک و انتقال حرارت جریان تیلور ایفا می‌کند با روشی تطبیق مرز ها شبیه سازی شد. این روش سریعترین روش ممکن از میان روش های دیگر شبیه سازی لایه ی مایع است که تاکنون به کار رفته اند و این مطالعه جزو معدود مطالعاتی است که در آن ها لایه ی مایع شبیه سازی شده است. بدون شبیه سازی لایه ی مایع نتیجه گرفته شد که درصد خطا در افت فشار حدود 80 درصد خواهد بود و کسر حجمی گاز نیز مقادیری بیش از نسبت سرعت ظاهری فاز گاز به مجموع سرعت های ظاهری هر دو فاز خواهد داشت. همچنین بدون شبیه سازی لایه ی مایع اطراف حباب ها کانتور دما نسبت به محور مرکزی میکروکانال متقارن نخواهد بود. اثر حضور نانو سیال به جای آب به عنوان فاز مایع بررسی و نتیجه گرفته شد که با نانو سیال مذکور متوسط عدد ناسلت حدود 10 درصد افزایش خواهد داشت. خواص هیدرودینامیکی و حرارتی به عنوان توابعی از دما در نظر گرفته شدند در حالی که در مطالعات پیشین این خواص ثابت در نظر گرفته می شدند. کلمات کلیدی: 1- جریان تیلور(لخته‌ای) 2- نانو سیال 3-میکرو کانال

ارتقاء امنیت وب با وف بومی