Skip to main content
SUPERVISOR
ابراهیم شیرانی چهارسوقی (استاد مشاور) احمد سوهان کا راصفهانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Roozbeh Darugar
روزبه داروگر

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393

TITLE

Numerical Simulation on Flow and Heat Transfer of Water/Nanofluid in Wavy Microchannel with Slip and Non-slip Boundary Condition
In this study, the effect of three methods of heat transfer enchancment, including using wavy wall, hydrophobic surface, and nano-fluid on macro/micro channel have been investigated. The fluid flow and the convectional heat transfer were assessed assuming a 2D steady flow of nano-fluid with constant and single phase (homogenous) properties. All numerical simulations were conducted using FLUENT software. In the results section, fluid flow and heat transfer of a macro-channel have initially been simulated and the average Nusselt number, pressure loss, and performance coefficient have been calculated for two working fluids, namely water and Alumina nano-fluid. Slip and no slip boundary conditions were also considered for the problem.Simulations were conducted for volume fractions of 1, 3, and 5 and in the Reynolds number range of 100-5000 with slip lengths equal to 25, 50, and 100 microns. In the subsequent investigation of fluid flow and heat transfer, pressure loss and heat performance coefficient were simulated in a microchannel containing water and Alumina nanofluid with volume fractions of 1, 3, and 5. To this aim, four microchannels with heights of 60, 100, 150, and 200 microns were selected and the assessments were all carried out in the Reynolds number range of 20-150 and slip lengths equal to 2.5, 5, and 10 percent channel height. Finally, the impact of the wavy wall parameters (namely the amplitude, phase shift, and the wavelength of the wavy wall) on heat transfer, pressure loss, and micro-channel performance coefficient was investigated and the channel with best performance was introduced. My results for macro-channels show that imposing slip and temperature jump boundary conditions increase both Nusselt number and heat transfer while it tends to decrease pressure loss. Moreover, using a nano-fluid increases heat transfer and pressure loss. In the micro-channel results section, it is observed that reducing the channel size brings about an increase in both heat transfer and pressure loss. Also, the maximum Nusselt number was obtained in a microchannel with a phase shift of 180 degrees, a non-dimensional wavelength of 4.4, and a non-dimensional amplitude equal to 0.5. Keywords: Numerical simulation, micro-channel, wall curvature, hydrophobic surfaces, nano-fluid, heat transfer enhancement, performance coefficient
در این پژوهش عددی، تأثیرسه روش افزایش انتقال حرارت بر ماکرو/میکرو کانال ساده شامل موج دار کردن سطح، آب گریز کردن (سطح لغزشی) و استفاده از نانوسیال بررسی شد. جریان سیال و انتقال حرارت جابجایی با فرضیات جریان دوبعدی، خواص ثابت و تک فاز )همگن( نانو سیال در جریان پایا صورت پذیرفت و کلیه شبیه‌سازی‌های عددی با استفاده از نرم‌افزار فلوئنت انجام شد. دربخش نتایج ابتدا جریان سیال و انتقال حرارت در ماکرو کانال شبیه سازی و عدد ناسلت متوسط، افت فشار و ضریب عملکرد برای شرط مرزی عدم لغزش و لغزش وسیال کاری آب و نانو سیال آلومینا با کسر حجمی 1و3و5 در محدوده اعداد رینولدز 5000-100 و طول لغزش 25، 50، 100 میکرومتر بررسی شد. در ادامه بررسی جریان سیال و انتقال حرارت، افت فشار و ضریب عملکرد در میکرو کانال با آب و نانو سیال آلومینا با کسر حجمی 1و3و5 شبیه سازی شد. برای این منظور چهار میکروکانال ، با ارتفاع های 60، 100، 150 ، 200 میکرومتر انتخاب و بررسی ها در محدوده اعداد رینولدز 20 تا 150 برای طول لغزش های 2.5، 5، 10 درصد ارتفاع کانال انجام شد. در پایان تأثیر پارامتر های موثر دیواره موج دار (دامنه، اختلاف‌فاز و طول‌موج دیواره موج دار) بر انتقال حرارت، افت فشار و ضریب عملکرد میکرو کانال پرداخته‌شده است و کانال با بهترین عملکرد حرارتی معرفی‌شده است. نتایج پژوهش در ماکروکانال نشان می دهد که، اعمال شرط مرزی لغزش و پرش دمایی سبب افزایش عدد ناسلت، انتقال حرارت و کاهش افت فشار شده و استفاده از نانوسیال سبب افزایش انتقال حرارت و افت فشار شده است. در قسمت میکروکانال مشاهده شده که کاهش ابعاد کانال سبب افزایش انتقال حرارت و افت فشار شده است. همچنین بیشترین عدد ناسلت در میکروکانال با اختلاف فاز 180 درجه، طول موج بی بعد 4/4 و دامنه بی بعد 5/0 به دست آمده است. کلمات کلیدی: شبیه‌سازی عددی، میکرو کانال، انحنای دیواره، سطوح آب‌گریز، نانو سیال، بهبود انتقال حرارت، ضریب عملکرد

ارتقاء امنیت وب با وف بومی