Skip to main content
SUPERVISOR
احمد سوهان کا راصفهانی (استاد راهنما) مهدی نیلی احمدآبادی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Mokhtar Kanikzadeh
مختار کانیک زاده

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390

TITLE

Numerical investigation of nano?uid forced convection heat transfer in rotating convergent-divergent U-shaped mini & micro channels With Ribs
The impact of the forced convection flow of the nanofluids on the thermal performance of the different ribbed/smooth rotating U-type cooling channels is investigated in this work. The U-type channel rotates about the axis perpendicular to the main flow direction. The 45° angled ribs are attached to the leading and trailing walls in parallel for ribbed channels. The nanofluids are provided by the inclusion of the nanoparticles of TiO 2 and Al 2 O 3 in water as the base fluid, namely water/Al 2 O 3 and water/TiO 2 nanofluids mixtures. The numerical simulations are performed for three different geometries including macro, micro and minichannels. In order to understand the effects of the ribs on the fluid flow and heat transfer in the channel, the flow of nanofluids in the same channel with no ribs (smooth channel) is also simulated. To improve the heat transfer enhancement of the employed macrochannel, parallel arrangements of the micro/mini channels are also evaluated. Also the convergent-divergent U-type minichannel is investigated. Three dimensional laminar and turbulent simulations are carried out based on the employed geometries. For the cases with turbulent flow and heat transfer (Re=5000-20000), numerical simulations are performed by using Reynolds-Averaged Navier-Stokes equations (RANS). In order to calculate turbulent viscosity, different one and two-equation turbulence models are tested and finally a RNG K-? turbulence model is employed. To show the effectiveness of the rib and nanofluids, the thermal performance factor is used to evaluate the amount of heat transfer enhancement relative to power consumed. The combinatorial effects of the ribs and nanofluids on the results and also the contribution of each one in the heat transfer enhancement for the different geometries are determined. It is found that the inclusion of the nanoparticles into the base fluid is provided a considerable augmentation on the heat transfer that clearly increases with an increase of the particle concentration and Reynolds numbers. The results also show using ribs on the walls of the macrochannel improve heat transfer enhancement. A comparison between the results of different type of channels employed show that the fluid flow through the minichannels provides the best performance on heat transfer augmentation. Keywords Nanofluids; U-shaped channels; smooth and ribbed; micro/minichannels heat sink; heat transfer enhancement; thermal performance; numerical simulation; convergent-divergent; turbulent flow
در این تحقیق ساختار جریان و انتقال حرارت جابه‌جایی نانوسیالات در کانا‌های Uشکل چرخان به صورت عددی مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است. بدین منظور چند هندسه مختلف طراحی که بسته به ابعاد، جریان نانوسیال درون آن در محدوده رژیم آرام و یا مغشوش قرار گرفته است. تمرکز اصلی تحقیق بر بررسی مستقل و ترکیبی برخی روش‌های قدیمی و نوین تقویت انتقال حرارت و مقایسه آن‌ها از جنبه‌های گوناگون خواهد بود. بدین منظور در فصل اول به معرفی برخی تکنیک‌های مؤثر بر افزایش انتقال حرارت نظیر استفاده از سطوح زبر، به کارگیری نانوسیالات و استفاده از میکروکانال‌ها پرداخته شده و مکانیزم‌های حاکم بر این روش‌ها تشریح گردیده است. در فصل دوم برخی از تحقیقات صورت گرفته پیرامون استفاده از این تکنیک‌ها در شرایط کاری نزدیک به تحقیق حاضر معرفی و نتایج مهم آن‌ها ذکر شده است. در فصل سوم مساله اصلی شرح داده شده و هندسه‌های مختلف تحت بررسی معرفی گردیده‌اند. تولید شبکه مناسب و انتخاب مدل توربولانسی دقیق‌ در فصل چهارم مورد بررسی قرار گرفته و نتایج مقدماتی با مراجع تجربی اعتبارسنجی شده‌اند. پیش از ورود به بخش اصلی تحقیقات، چند نوع نانوسیال مختلف مورد مطالعه قرار گرفته و در نهایت نانوسیالات آب/اکسیدآلومینیوم و آب/اکسیدتیتانیوم به دلیل خواص قابل توجه حرارتی و عمل‌کرد مناسب برای بخش اصلی انتخاب گردیده‌اند. هم‌چنین برای مدل کردن نانوسیالات از مدل تک‌فاز استفاده گردیده و لذا چندین مدل مختلف نیز برای تعیین خواص مختلف ترموفیزیکی آن‌ها مورد تحقیق و بررسی قرار گرفته و در نهایت دو مدل مناسب و جدید برای این منظور انتخاب گردیده است. فصول پنجم تا هفتم اختصاص به نتایج شبیه‌سازی جریان نانوسیالات در هندسه‌های تحت بررسی نظیر ماکروکانال با و بدون دندانه، میکروکانال و مینی‌کانال و مقایسه نتایج آن‌ها با یکدیگر خواهد داشت. در نهایت نتایج همه بررسی‌ها در فصل هشتم به صورت متمرکز مورد بررسی قرار گرفته و تکنیک‌های مختلف تقویت انتقال حرارت مقایسه و نقاط قوت و ضعف آن‌ها نسبت به یکدیگر سنجیده شده است. نتایج حاکی از این است که نانوسیالات باعث افزایش بسیار چشمگیر انتقال حرارت از کانال‌های مختلف شده‌اند، ولی به نظر می رسد از ترکیب این روش با برخی روش‌های دیگر نتایج بسیار مناسب‌تری حاصل می‌شود. استفاده از جریان نانوسیالات در مینی‌کانال بدون دندانه در میان سایر مکانیزم‌های مورداستفاده بهترین عمل‌کرد حرارتی را داشته و استفاده از آن باعث افزایش قابل توجه انتقال حرارت می‌شود. هر چند میکروکانال انتخابی نیز انتقال حرارت بالایی از خود نشان داده، ولی به دلیل عدم کارآیی مناسب حرارتی و افت فشار بسیار شدید در طول آن، عملاً باید از آن صرف نظر کرد. استفاده از دندانه‌ها نیز هر چند تاثیر بسیار قابل توجهی بر عمل‌کرد حرارتی ماکروکانال داشت، ولی استفاده از آن در میکرو و مینی‌کانال نه تنها مناسب نیست، بلکه کاهش شدید عمل‌کرد حرارتی را نیز در پی دارد. هم‌چنین نتایج شبیه‌سازی برای مینی‌کانال همگرا-واگرا از نظر حرارتی و افت فشار تفاوت چندانی با مینی‌کانال در حالت مستقیم نداشته و به نظر می رسد این دو هندسه از نظر حرارتی مزیت خاصی نسبت به یکدیگر ندارند. کلیدواژه‌ها نانوسیال، کانال Uشکل چرخان، مینی و میکروکانال، دندانه‌، تقویت انتقال حرارت، عمل‌کرد حرارتی، جریان مغشوش، شبیه‌سازی عددی، همگرا-واگرا

ارتقاء امنیت وب با وف بومی