پروپوزال کارشناسی ارشد شبیه سازی جریان انتقال حرارت جابه جایی اجباری جریان

این پروپوزال تمامی نکات یک پروپوزال استاندارد را شامل باشد.

بيان مسأله

بخش اعظمی ازمبدل های حرارتی که درصنعت با آن سروکار داریم،ازانتفال حرارت جابجایی اجباری برای تبادل گرما استفاده می کنند.یکی از راههای بهبوداین نوع انتقال حرارت،استفاده ازسیالی با ضریب انتقال حرارت جابجایی بالااست. ازمیان روشهایی که به این منظور وجود دارد،بکارگیری مواد افزودنی، برای بهبود خواص مربوط  به انتقال حرارت سیال درسالهای اخیر بیشتر مورد توجه گرفته است. این مواد افزودنی می توانند ذرات فلزی یا غیر فلزی باشند که خواص انتقال حرارتی خوبی دارند و هرگاه آنها را دراندازه های کوچک به سیال اضافه کنیم خواص گرمایی مخلوط بهبود پیدا می کند. سیالی که حاوی ذرات جامدی با ابعاد نانو است به اصطلاح "نانو سیال" نامیده می شود که کاربرد آن خصوصاُ در زمینه انتقال حرارت جابجایی به طور روز افزون در حال افزایش است. و در حال حاضر از اهمیت خاصی در صنایع مختلف برخوردار است و امید است که با استفاده از آن صرفه جویی های مناسبی در انرژی های فناپذیر کنونی انجام پذیرد.

تعریف نانو سیال:

گروهی جدید از سیالات که قادر به انتقال حرارت می باشند نانو سیال نامیده می شوند. نانو سیال ترکیبی از جامد و مایع است که   در حقیقت سوسپانسیون پایداری از نانوفیبرها و نانو ذرات جامد هستند. نانو سیالات به وسیله پخش و منتشر کردن ذرات در اندازه های نانومتری در سیالات متداول منتقل کننده گرما، به منظور افزایش هدایت گرمایی و بهبود عملکرد انتقال حرارت، ساخته می شوند.

مدل چند فازی:

انتقال گرمای جابجایی نانوسیالات را می توان به روش های تک فازی ، دو فازی وچندفازی تحلیل کرد. در روش تک فازی فرض می شودکه فاز سیال و ذرات در تعادل گرمایی بوده و با سرعت یکسانی حرکت می کنند . با استفاده از روش دو فازی، اثر حرکت ذرات روی ضریب انتقال حرارت قابل فهم و بسیار دقیق می باشد. یکی از مشهورترین و پرکاربردترین روش های دو فازی برای بررسی جریان های چند فازی، مدل مخلوط می باشد . مقبولیت این مدل در کاربردهای چند فازی بدان جهت است که این روش هم از لحاظ تیوری و هم از نظر کاربرد نسبت به دیگر روش های دو فازی ساده بوده و محاسبات انجام شده توسط این روش کم می باشد . روش مخلوط که بر پایه یک روش دو فازی تک سیالی است، با این فرض که کوپل شدگی بین فازها بسیار قوی بوده و ذرات از جریان تبعیت می کنند مورد استفاده قرار گرفته است .

روش حل:

از آنجا که تحقیقات آزمایشگاهی مستلزم صرف وقت و هزینه زیاد است، استفاده از شبیه سازی عددی برای عملکرد و تاثیر متغییرهای مختلف بر روی توزیع دما و انتقال حرارت ضروری به نظر می رسد.با استفاده از محاسبات عددی برای حل مسایل به فرضیات ساده کننده کم تری مورد نیاز بوده و مساله مورد بررسی بسیار نزدیک به مساله واقعی می باشد.

بیان مساله:

در پژوهش پیشنهادی حاضر،شبیه سازی عددی جریان آرام نانو سیال نیوتنی آب- مس،در یک میکرولوله با شرایط مرزی شار ثابت،انجام می گردد(شکل1). طول میکرولوله (l) در مقایسه با قطر آن (d) بسیار زیاد است. نانو سیال سرد (Ti) با سرعت ثابتui) )وارد میکرولوله شده و پس از خنک سازی دیواره های گرم شده میکرولوله،از انتهای آن خارج می شود .

شبیه سازی، به کمک نرم افزار گمبیت و فلوئنت انجام می شود. ابتدا در نرم افزارگمبیت، مدل مورد نظر ساخته و مش بندی شده، و شرایط مرزی ورودی و خروجی دیوارها، درآن تعریف می شود. در نهایت، مدل را در نرم افزار فلوئنت، تجزیه وتحلیل کرده و تاثیر تغییر پارامترهای مختلف، روی خواص حرکتی وحرارتی جریان بررسی می شود.