مطالعه اثر زاویه قرارگیری محفظه و جهت حرکت دیوارهای متحرک آن روی جابجایی ترکیبی نانوسیال با خواص متغیر

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک و پژوهشکده انرژی، دانشگاه کاشان

2 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس

3 مربی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد الیگودرز

چکیده

دراین مقاله اثر زاویه قرارگیری محفظه مربعی شکل و جهت حرکت دیواره‌ها روی جابجایی ترکیبی نانوسیال در دو حالت متفاوت بررسی شده است. در حالت اول جابجایی اجباری و طبیعی یکدیگر را تقویت می‌نمایند ولی در حالت دوم اثر مخالف روی یکدیگر دارند. زاویه قرارگیری محفظه از صفر تا 90 درجه تغییر داده شده است. مدلسازی‌ها برای شرایطی که رسانایی و ویسکوزیته نانوسیال آب-اکسید آلومینیوم با دما و غلظت نانوذره متغیر فرض شده و نیز برای شرایط ثابت بودن آنها با دما انجام شده و کسر حجمی نانوذرات بین صفر تا %8 تغییر داده شده است. برای حل معادلات حاکم از الگوریتم سیمپل و روش حجم کنترل استفاده شده است. بر مبنای نتایج، افزایش زاویه محفظه که باعث افزایش نقش جابجایی اجباری می‌شود، باعث می‌شود سه عدد سلول جابجایی‌کننده در زوایای کم تبدیل به یک سلول در زوایای زیاد شود. در هر زاویه روند تغییرات ناسلت متوسط با کسرحجمی برای وضعیت با خواص ثابت با دما، مشابه با وضعیت خواص متغیر با دما نیست. بنابراین، اگر نتایج دقیق مورد نظر است، باید وابستگی خواص به دما همواره در مدلسازی‌ها مورد توجه قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

The Effects of an Enclosure Inclination Angle and its Walls Movement Direction on Variable Properties Nanofluid Mixed Convection

نویسندگان [English]

  • Hossein Khorasanizadeh 1
  • Najme Hajialigol 2
  • Masoume Ebrahimqomi 3
چکیده [English]

In this paper the effects of inclination angle and the direction of movement of moving walls of an enclosure on nanofluid mixed convection have been investigated for two different cases. In the first case natural and forced convection effects are in agreement, whereas in the second case they are opposed. Simulations have been performed for temperature dependent as well as temperature independent thermal conductivity and viscosity of water-Al2O3 nanofluid. The volume fractions of nanoparticles between 0 and 0.08 have been considered and the inclination angle of the cavity has been changed between 0 and 90°. To solve the governing equations the SIMPLE algorithm and a finite volume based method have been used. The results show by increasing the inclination angle, which enhances the forced convection, the three convective cells at low inclination angles change to one cell. The trend for change of average Nusselt number with increasing volume fraction is different for temperature independent cases compared to temperature dependent cases. Therefore, in order to obtain accurate results in numerical simulations, the temperature dependency of properties should be considered.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Square enclosure
  • Nanofluid
  • Inclination angle
  • Variable Properties
  • Nanoparticles volume fraction

مراجع

[1] S.U.S. Choi, “Enhancing thermal conductivity of fluids with nanoparticles”, FED-vol. 231/MD-vol. 66, Developments and Applications of Non- Newtonian Flows, ASME, New York; 99– 105, 1995.
[2] K. Khanafer; K. Vafai; M. Lightston, “Buoyancy- driven heat transfer enhancement in a two-dimensional enclosure utilizing nanofluids”, Int. J. Heat Mass Transfer, 46, 3639– 3653, 2003.
[3] F. Talebi; A.H. Mahmoudi; M. Shahi, “Numerical study of mixed convection flows in a square lid-driven cavity utilizing nanofluid”, International Communications in Heat and Mass Transfer, 37 (1), 79– 90, 2010.
[4] P.K. Namburu; D.P. Kulkarni; D. Misra, D.K. Das, “Viscosity of copper oxide nanoparticles dispersed in ethylene glycol and water mixture”, Exp. Thermal Fluid Sci, 32, 297– 402, 2007.
[5] S.P. Jang; S.U.S. Choi, “Effects of various parameters on nanofluid thermal conductivity”, ASME J. Heat Transfer, 129, 617– 623, 2007.
[6] C.T. Nguyen; F. Desgranges; G. Roy, N. Galanis; T. Mare; S. Boucher; H. Angue Minsta, “Temperature and particle-size dependent viscosity data for water-based nanofluids – hysteresis phenomenon”, Int. J. Heat Fluid Flow, 28, 1492– 1506, 2007.
[7] H. Angue Minsta; G. Roy; C.T. Nguyen; D. Doucet, “New temperature and conductivity data for water-based nanofluids”, Int. J. Therm. Sci, 48 (2), 363– 371, 2009.
[8] C.H. Chon; K.D. Kihm, S.P. Lee; S.U.S. Choi, “Empirical correlation finding the role of temperature and particle size for nanofluid (Al2O3) thermal conductivity enhancement”, Appl. Phys. Lett, 87, 153-107, 2005.
[9] E. Abu-Nada, “Effect of variable viscosity and thermal conductivity of Al2O3
–water nanofluid on heat transfer enhancement in water nanofluid on heat transfer enhancement in natural convection”, Int. J. Heat Fluid Flow 30, 679– 690, 2009.
[10] E. Abu-Nada, “Effects of variable viscosity and thermal conductivity of CuO-water nanofluid on heat transfer enhancement in natural convection”, Journal of Heat Transfer, 132, 052- 401, 2010.
[11] E. Abu-Nada; Z. Masoud, H. Oztop; A. Campo, “Effect of nanofluid variable properties on natural convection in enclosures”, Int. J. Thermal Sci., 49, 479-491, 2010.
[12] J.C. Maxwell-Garnett, “Colours in metal glasses and in metallic films”, Philos. Trans. Roy. Soc, 203, 385– 420, 1904.
[13] H.C. Brinkman, “The viscosity of concentrated suspensions and solutions”, J. Chem. Phys, 20, 571– 581, 1952.
[14] G. De Vahl Davis, “Natural convection of air in a square cavity, a benchmark numerical solution”, Int. J. Numer. Meth. Fluids, 3, 249– 264, 1983.
[15] G. Barakos; E. Mitsoulis, “Natural convection flow in a square cavity revisited: laminar and turbulent models with wall functions”, Int. J. Num. Meth. Fluids, 18, 695– 719, 1994.
[16] T. Fusegi; J.M. Hyun; K. Kuwahara; B. Farouk, “A numerical study of three dimensional natural convection in a differentially heated cubical enclosure”, Int. J. Heat Mass Transfer, 34, 1543– 1557, 1991.
[17] N.C. Markatos; K.A. Pericleous, “Laminar and turbulent natural convection in an enclosed cavity”, Int. J. Heat Mass Transfer, 27, 772– 775, 1984.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار