Skip to main content
SUPERVISOR
احمد سوهان کا راصفهانی (استاد راهنما) محسن دوازده امامی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Somayeh Sargordan
سمیه سرگردان مغانلو

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394

TITLE

Numerical Investigation of Nanofluid In Rotating U-shaped Rectangular Microchannel with Hydrophobic Surface
In this work, the effects of three parameters including aspect ratio, hydrophobic surface (slip boundary condition) and water/Al 2 O 3 nanofluid in a rotating U-shaped microchannel were investigated numerically. The fluid flow and the convective heat transfer assuming a 3D steady flow with constant and variable properties were simulated with Ansys Fluent. In order to apply the slip boundary condition on the microchannel walls, the additional code was provided and employed in Fluent. At the first part, the effect of aspect ratio on the fluid flow and heat transfer were investigated using the pure water in hydrophilic (no-slip) rotating microchannel. In this part, the aspect ratio of 0.25 to 4, Reynolds number of 400 and rotational speed between 0 and 600 rad/s were employed and velocity profile, temperature profile, pressure drop, Nusselt number and thermal performance coefficient were investigated. The result of this part showed that increasing the aspect ratio in a horizontal microchannel ( ) and decreasing aspect ratio in vertical microchannel ( ) provided an increase in pressure drop and heat transfer. In the second part of this work, the effect of slip and temperature jump boundary conditions in rotating U-shaped microchannel was investigated. Assuming 5 micron slip length, the result showed that the slip condition causes a decrease in the pressure drop and heat transfer. In addition, the thermal performance coefficient of hydrophobic microchannel is higher than that of hydrophilic microchannel. Finally, in the third part, water/Al 2 O 3 nanofluid in a rotating hydrophobic U-shaped Microchannel were investigated by single phase model (constant properties and variable properties) and Eulerian-Eulerian two phase model for volume fraction 1,2.5 and 4 percent. It is found that there is a large variation in temperature gradient along the micro channel, thus the effect of temperature on nanofluid properties are large and using constant properties condition can provide inaccurate results. Also, effectiveness of nanofluid depends on geometry of micro channel and properties of nanofluid, thus, in the present micro channel, effectiveness of nanofluid is negative that means using nanaofluid can’t enhance heat transfer and it is not recommended. Finally, the results of single phase with variable properties and Eulerian-Eulerian two phase model are in a good agreement. Keywords: Numerical investigation, rotating U-shaped Microchannel, hydrophobic surface, aspect ratio, nanofluid, Euler-Lagrange method, Eulerian-Eulerian method, heat transfer, pressure drop, performance coefficient, nanoparticle
در این پژوهش عددی تاثیر سه پارامتر نسبت منظری، آب گریزی سطح (شرط لغزش) وخواص نانوسیال در یک میکروکانال U شکل چرخان بررسی شد. جریان سیال و انتقال حرارت جابه جایی با فرضیات جریان سه بعدی و پایا در نرم افزار انسیس فلوئنت به صورت عددی شبیه سازی شد. به منظور اعمال شرط لغزش یک کد کمکی نوشته و به نرم افزار فلوئنت اضافه شد. در ابتدا با فرض سیال آب خالص در یک میکروکانال آب دوست (شرط عدم لغزش)، به بررسی تاثیر نسبت منظری بر جریان و انتقال حرارت پرداخته شد. در این بخش، نسبت های منظری 25/0 تا 4 ، عدد رینولدز 400 و سرعت دورانی 0 تا 600 انتخاب و پروفیل سرعت، دما، افت فشار، عدد ناسلت و ضریب عملکرد حرارتی بررسی شد. نتایج این بخش نشان می دهد که با افزایش نسبت منظری در میکروکانال های افقی ( ) و کاهش نسبت منظری در میکروکانال های عمودی ( )، افت فشار و انتقال حرارت کل افزایش می یابد. در بخش بعدی این پژوهش تاثیر لغزش و پرش دمایی در میکروکانالU شکل چرخان بررسی شد. با فرض طول لغزش 5 میکرومتر بر روی دیواره ها، مشخص شد که شرط لغزش موجب کاهش افت فشار و انتقال حرارت می شود و در مجموع میکروکانال با سطح آب گریز دارای ضریب عملکرد بهتری نسبت به میکروکانال با سطح آب دوست است. به طوری که ضریب عملکرد حرارتی میکروکانال آب گریز با نسبت منظری 2 نسبت به حالت عدم لغزش% 2/11 افزایش یافته است. در بخش آخر، نانوسیال آب-اکسید الومینیوم در یک میکروکانال چرخان با سطح آب گریز ( شرط لغزش) برای درصد حجمی 1 ، 5/2 و 4 درصد به روش های همگن ( خواص ثابت و خواص متغیر) و دوفازی اویلرین بررسی شد. نتایج نشان داد که به دلیل تغییر زیاد دما در طول میکروکانال، نمی توان از تاثیر دما بر خواص نانوسیال صرف نظر کرد. همچنین نتایج این پژوهش نشان داد که استفاده از نانوسیال در شرایط انتخابی از جمله دبی جریان و ابعاد میکروکانال، موجب بهبود انتقال حرارت نشده است. در واقع اثربخشی نانوسیال بسته به پارامترهای مختلفی نظیرگرمای ویژه، ضریب هدایت حرارتی، دبی جریان و طول میکروکانال می تواند مثبت، صفر و یا منفی باشد همچنین با مقایسه روش همگن خواص ثابت و خواص متغیر با روش دوفازی اویلرین، مشخص شد که به خصوص در کسر حجمی های زیاد(4%) استفاده از فرض خواص ثابت نانوسیال موجب ایجاد خطای زیادی در نتایج می شود. نتایج مدل همگن خواص متغیر تطابق خوبی با نتایج مدل دوفازی اویلرین دارد. کلمات کلیدی: شبیه سازی عددی، میکروکانال U شکل چرخان، سطوح آب گریز، نسبت منظری، نانوسیال، روش اویلر-لاگرانژ، روش اویلرین، انتقال حرارت، افت فشار، ضریب عملکرد حرارتی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی