مطالعه عددی جابجایی طبیعی نانوسیال آب اکسید آلومینیوم با خواص متغیر در یک محفظه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار دانشکده مهندسی مکانیک و پژوهشدکه انرژی دانشگاه کاشان

2 دانشیار دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه کاشان

3 دانش آموخته کارشناسی ارشد دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تهران

4 دانش آموخته کارشناسی ارشد دانشکده مهندسی مکانیک دانشکاه تهران

چکیده

افزایش انتقال حرارت نانوسیال آب-اکسید آلومینیوم با خواص متغیر در یک محفظه مربعی بدون استفاده از تقریب بوزینسک و با استفاده از تقریب بوزینسک بصورت عددی مطالعه شده است. معادلات حاکم با استفاده از روش حجم محدود و الگوریتم سیمپلر حل شده است. اختلاف دمای دیواره‌های گرم و سرد محفظه °C50 در نظر گرفته شده است، و نتایج برای کسر حجمی نانوذرات از 0 الی 09/0 و اعداد رایلی از 103 الی105 ارائه شده است. نتایج نشان می‌دهند که مقدار تابع جریان بیشینه و عدد ناسلت متوسط در حالت دانسیته متغیر نسبت به دانسیته ثابت بیشتر است. همچنین، در حالت دانسیته متغیر، بیشترین افزایش نسبی عدد ناسلت نانوسیال، در رایلی 103 رخ می­دهد. برای نانوسیال با کسر حجمی 09/0 در رایلی­های 104 و 105، عدد ناسلت نسبت به سیال پایه کمی کاهش می­یابد. برای کسر حجمی 01/0، بیشترین افزایش نسبی عدد ناسلت نانوسیال در رایلی­های103، 104 و 105 به ترتیب 26، 24 و 23 درصد است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Numerical Study of Natural Convection of Al2O3-Water Nanofluid with Variable Properties in a Cavity

نویسندگان [English]

  • Ghanbar Ali Sheikh Zadeh 1
  • Ali Aref Mansh 2
  • MAjid Dastmalchi 3
  • Arash Ardeshiri 4
چکیده [English]

Heat transfer enhancement of Al2O3-water nanofluid with variable properties in a square cavity is investigated by solving the boundary layer equation and the Boussinesq-approximation form of the boundary layer equation. The governing equations are solved using the finite volume method and the SIMPLER algorithm. Temperature difference between the hot and cold walls of the cavity is considered to be 50°C, and the results are presented for Rayleigh numbers from 103 to105 and volume fraction of the nanoparticles from 0.0 to 0.09. The results show that the average Nusselt number and the maximum absolute value of the stream function for the case with variable density are greater than the corresponding value for the constant density case. Moreover, for the variable density case, the maximum heat transfer enhancement for the nanofluid occurs at Ra=103. However for φ=0.09, the average Nusselt number of the nanofluid for Ra=104 and 105 are lower than that of the base fluid. For φ=0.01, the maximum relative enhancement of the Nusselt number for Ra=103, Ra=104, and 105 are %26, %24 and %23, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Natural convection
  • Nanofluid
  • Variable Properties
  • Cavity
  • Boussinesq Approximation

مراجع

[1] Vahl Davis, G. D.; Jones, I.P.; "Natural convection in a square cavity: a benchmark numerical solution", Int. J. Numer. Meth. Fluids, vol. 3, pp. 227–248, 1983.
[2] Trisaksri, V.; Wongwises, S.; “Critical review of heat transfer characteristics of nanofluids”, Ren. Sust. En. Rev., vol. 11, pp. 512–523, 2007.
[3] J.C. Maxwell; “A Treatise on Electricity and Magnetism”, second Ed., Clarendon Press, Oxford, UK, 1881.
[4] Choi, S.U.S.; “Enhancing thermal conductivity of fluids with nanoparticles”, Developments and Applications of Non-Newtonian Flows, FED-vol. 231/MD-vol. 66, pp. 99–105, 1995.
[5] Maiga, S.E.B.; Nguyen, C.T.; Galanis, N.;; Roy, G.; "Heat transfer behaviours of nanofluids in a uniformly heated tube", Superlattices and Microstructures, 35, pp. 543–557, 2004.
[6] Maiga, S.E.B.; Nguyen, C.T.; Galanis, N.; Roy, G.; "Hydrodynamic and thermal behaviours of a nanofluid in a uniformly heated tube", Computational Studies, vol. 5, pp. 453–462, 2004.
[7] Maiga, S.E.B.; Palm, S.J.; Nguyen, C.T.; Roy, G.; Galanis, N.; "Heat transfer enhancement by using nanofluids in forced convection flows", International Journal of Heat and Fluid Flow, vol. 26, pp. 530–546, 2005.
[8] Khanafer, K.; Vafai, K.; Lightstone, M.; “Buoyancy-driven heat transfer enhancement in a two-dimensional enclosure utilizing nanofluids”, Int. J. Heat Mass Transfer, vol. 46, pp. 3639–3653, 2003.
[9] Akbarinia, A.; “Impacts of nanofluid flow on skin friction factor and Nusselt number in curved tubes with constant mass flow”, Int. J Heat Fluid Flow, vol.29, pp.229–241, 2008.
[10] Wen, D.; Ding, Y.; “Experimental investigation into convective heat transfer of nanofluids at the entrance region under laminar flow conditions”, Int. J. HeatMass Transfer, vol. 47, pp. 5181–5188, 2004.
[11] Abu-Nada, E.; Masoud, Z.; Hijazi, A.; “Natural convection heat transfer enhancement in horizontal concentric annuli using nanofluids”, Int. Commun. Heat Mass Transfer, vol. 35 (5), pp. 657–665, 2008.
[12] Abu-Nada, E.; Masoud, Z.; Oztop, H. F.; Campo, A.; “Effect of nanofluid variable properties on natural convection in enclosures”, Int. J. Thermal Sciences, vol. 49, pp. 479–491, 2010.
[13] Nguyen, C.T.; Desgranges, F.; Roy, G.; Galanis, N.; Mare,T.; Boucher, S.; Minsta, H. A; “Temperature and particle-size dependent viscosity data for water-based nanofluids–hysteresis phenomenon”, Int. J. Heat Fluid Flow, vol. 28, pp. 1492– 1506, 2007.
[14] Chon, C.H.; Kihm, K.D.; Lee, S.P.; Choi, S.U.S.; “Empirical correlation finding the role of temperature and particle size for nanofluid (Al2O3) thermal conductivity enhancement”, Appl. Phys. Lett, vol. 87, pp. 107-153, 2005.
[15] Chenoweth, D.R.; Paolucci, S.; “Natural convection in an enclosed vertical air layer with large horizontal temperature differences”, Journal of Fluid Mechanics, vol. 169, pp.173–210, 1986.
[16] Hung, K.S.; Cheng, C.H.; “Pressure effects on natural convection for non-Boussinesq fluid in a rectangular enclosure”, Numerical Heat Transfer. Part A, vol. 41 (5), pp. 515–528, 2002.
[17] Darbandi, M.; Hosseinizadeh, S.F.; “A general strategy to include density variation in incompressible algorithms”, Journal of Thermophysics and Heat Transfer, vol. 39 (3), pp. 372–380, 2003.
[18] Darbandi, M.; Hosseinizadeh, S.F.; “Numerical
simulation of thermobuoyant flow with large temperature variation”, Journal of Thermophysics and Heat Transfer, vol. 20 (2) pp. 285–296, 2006.
[19] Abu-Nada, E.; Chamkha, A.J.; "Effect of nanofluid variable properties on natural convection in enclosures filled with a CuO-EG-Water nanofluid", International Journal of Thermal Sciences, vol. 49, pp. 2339-2352, 2010.
[20] Abu-Nada, E.; "Effects of variable viscosity and thermal conductivity of Al2O3–water nanofluid on heat transfer enhancement in natural convection", International Journal of Heat and Fluid Flow, vol. 30, pp. 679–690, 2009.
[21] Bijan, A.; “Convection heat transfer”, third edition, Wily, 1984.
[22] Vahl Davis, G. D.; “Natural convection of air in a square cavity a bench mark numerical solution”, International Journal of Numerical Methods of Fluids, vol. 3, pp. 249–264, 1983.
[23] Talebi, F.; Mahmoudi, A. H.; Shahi, M.; “Numerical study of mixed convection flows in a square lid-driven cavity utilizing nanofluid”, International Communications in Heat and Mass Transfer, vol. 37, pp. 79–90, 2010.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار