Skip to main content
SUPERVISOR
Mohsen DavazdahEmami,Ebrahim Shirani
محسن دوازده امامی (استاد مشاور) ابراهیم شیرانی چهارسوقی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Vahid Goodarzi
وحید گودرزی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388

TITLE

Numerical Investigation of the Effects of Nanofluid Variable Properties on Natural Convection in Enclosures
A nanofluid is the suspension of nanoparticles in a base fluid. Nanofluids are promising fluids for heat transfer enhancement due to their anomalously high thermal conductivity. At present, there is significant discrepancy in nanofluid thermal conductivity and viscosity data in the literature. On the other hand, thermal conductivity enhancement mechanisms of nanofluids have not been fully understood yet. In the first part of this study, a detailed literature review about thermo-physical properties of nanofluids is performed. Experimental studies are discussed in terms of the effects of some parameters such as particle volume fraction, particle size, and temperature on the thermal conductivity and viscosity of nanofluids in literatures. In the second part of the present study an empirical expression for the effective thermal conductivity of nanofluids based on interfacial shells and Brownian motion is derived. Comparing with conventional models, the expression is not only depended on the thermal conductivity of the solid and liquid and their volume fraction, but also depended on the particle size, temperature and interfacial properties. A new empirical correlations for predicting dynamic viscosity of nanofluids, based on the effects of temperature, particle size and volume fraction are proposed, too. The results of current models on the effective thermal conductivity and viscosity of CuO/water, Al 2 O 3 /water and TiO 2 /water nanofluids are in good agreement with the experimental data. Research about the natural convection of nanofluids is important for the practical application of nanofluids in heat transfer devices. The objective of the present study is to investigate numerically the effects of variable properties on natural convection heat transfer of aqueous nanofluids. On this regard thermophoresis of nanoparticles and the Dufour effects on natural convective heat transfer in nanofluids are investigated simultaneously. By using double diffusive formulation the combined effects of Brownian Motion, thermophoresis and the Dufour on the variation of heat transfer and Nusselt number of natural convection in rectangular enclosures under constant wall temperature is computed. In order to numerically solve the governing equations, a control volume approach is used. Central differences are used to approximate the advection-diffusion terms, i.e. The scheme is Implicite and second-order accurate in space and the SIMPLE algorithm is employed to solve the equations. Numerical results are compared with experimental and numerical data in the literature and good agreement is observed especially with experimental data. The agreement can be considered as an indication of the validity of the new double diffusive model for explaining nanofluid heat transfer. Keywords: Nanofluids, Natural convection, Brownian motion, Thermophoresis, Dufour effect
نانوسیال عبارت است از مخلوط نانوذرات در یک سیال پایه. نانوسیالات، به دلیل هدایت حرارتی بالای غیر عادی ای که دارند، سیالات نوید بخشی برای افزایش انتقال حرارت هستند. در حال حاضر تفاوت های قابل توجهی در داده های رسانش حرارتی و گرانروی نانوسیالات در مطالعات گوناگون وجود دارد و مکانیزم های افزایش رسانش حرارتی نانوسیالات هنوز به طور کامل قابل درک نیستند. در بخش اول این پایان نامه، مروری بر جزئیات مطالعات گوناگون بر روی ویژگی های ترموفیزیکی نانوسیالات صورت گرفته است. مطالعات تجربی زیادی بر حسب تأثیرات بعضی پارامترها نظیر غلظت حجمی ذره، اندازه ذره و دما روی ضریب رسانایی و گرانروی نانوسیالات توسط محققان انجام شده است. در قسمت دوم این پژوهش رابطه ای نیمه تجربی برای رسانایی حرارتی مؤثر نانوسیالات بر اساس پوشش سطح مشترک ذره- سیال و حرکت براونی به دست آمده است. در مقایسه با مدل های مرسوم، مدل جدید ارائه شده تنها به ضریب رسانایی سیال و ذره جامد و کسر حجمی آن ها وابسته نیست بلکه به اندازه ذرات، دما و ویژگی های نانولایه نیز بستگی دارد. یک رابطه نیمه تجربی نیز برای پیش بینی لزجت دینامیکی نانوسیالات بر اساس تأثیرات دما، اندازه و کسر حجمی ذرات ارائه شده است. نتایج حاصل از مدل های حاضر برای ضریب رسانش حرارتی مؤثر و گرانروی نانوسیالات آب/CuO، آب/Al 2 O 3 وآب/TiO 2 مطابقت خوبی با نتایج تجربی نشان می دهند. تحقیق در مورد جابجایی آزاد نانوسیالات به خاطر کاربردهای عملی آن ها در تجهیزات انتقال حرارت از اهمیت بسیاری برخوردار است. هدف از پایان نامه حاضر بررسی عددی تأثیرات ویژگی های متغیر بر انتقال حرارت جابجایی طبیعی نانوسیالات با سیال پایه آب است. در این میان اثرات ترموفورسیز نانوذرات و دوفور بر انتقال حرارت جابجایی طبیعی نانوسیالات به طور همزمان بررسی شده است. با استفاده از فرمول بندی دوپخشی، ترکیب اثرات حرکت براونی، ترموفورسیز و دوفور بر تغییرات انتقال گرما و عدد ناسلت جابجایی آزاد در محفظه های مستطیلی با دیواره های دما ثابت نیز به طور عددی بررسی شده است. برای حل عددی معادلات حاکم از روش حجم کنترل استفاده شده است. هم چنین از روش اختلاف مرکزی برای تقریب ترم های دیفیوژن و جابجایی و سایر جمله ها بهره برده ایم. از روش ضمنی با گسسته سازی مرتبه دوم مکانی و الگوریتم SIMPLEبرای حل معادلات استفاده شده است. نتایج عددی حاصل با نتایج تجربی و عددی دیگران مقایسه شده است و مطابقت خوبی به ویژه با داده های آزمایشگاهی مشاهده می شود. این مطابقت می تواند نشان دهنده اعتبار مدل دو پخشی حاضر در توجیه رفتار انتقال گرمای نانوسیالات باشد. کلمات کلیدی: 1- نانوسیالات 2- جابجایی طبیعی 3- حرکت براونی 4- ترموفورسیز 5- اثر دوفور

ارتقاء امنیت وب با وف بومی