بررسي عددي تأثير اندازه ي نانوذرات مختلف بر روي عملكرد حرارتي نانوسيال در ميكروكانال گرماگير

Numerical Analysis of Various Nanoparticles Size Effects on Thermal Performance of Nanofluid in A Microchannel Heat Sink

توسعه‌ي روش‌هاي مديريت حرارتي براي دستگاه‌هاي الكترونيكي پيشرفته به ويژه در مقياس‌هاي ميكرو و نانو از مسائل مهمي مي‌باشد كه به طور مستقيم بر كارآيي سيستم تأثيرگذار است. يكي از تكنولوژي‌هاي كارآمد در اين زمينه، استفاده از ميكروكانال گرماگير جهت افزايش عملكرد حرارتي مي‌باشد كه امروزه تحقيقات فراواني بر روي آن صورت مي‌گيرد. هدف اين پژوهش، بررسي عددي اندازه‌ي نانوذرات بر عملكرد حرارتي يك ميكروكانال گرماگير ذوزنقه‌اي شكل مي‌باشد. در مطالعه‌ي حاضر، كاربرد نانوسيال‌هاي آب – آلومينا (Al2O3) و آب – CuO با استفاده از ديدگاه دوفازي اولرين – اولرين مدل‌سازي شده ‌است و حل معادلات پيوستگي، مومنتوم و انرژي به روش حجم محدود با معيار همگرايي 〖10〗^(-6) توسط نرم‌افزار فلوئنت صورت گرفته است. همچنين از آنجايي كه در بيشتر مطالعات انجام شده، نانوسيال به عنوان يك سيال همگن (تك‌فاز) شبيه‌سازي شده است مقايسه‌اي ميان مدل‌سازي دوفازي حاضر با مدل‌سازي همگن صورت گرفته است و مشخص شد كه نتايج مدل دوفازي 8/13 % بهتر از نتايج تك فازي ادبيات فن است. اگرچه افزودن هر دو نانوذره باعث افزايش انتقال حرارت در ميكروكانال مي‌شود اما نتايج نشان مي‌دهند با افزايش قطر نانوذرات، نرخ انتقال حرارت كاهش مي‌ياب، به طوري كه (Al2O3) داراي كاهش 63/6 % و CuO داراي كاهش 022/5 % است كه در اين بين، نانوذرات آلومينا داراي ضريب انتقال حرارت كوچك‌تري نسبت به نانوذرات CuO مي-باشند. از اين‌رو، نانوسيال آب – CuO براي هندسه‌ي ذوزنقه‌اي شكل، مناسب‌تر بوده و با بهينه‌سازي اندازه‌ي ذرات مي‌توان بازده حرارتي سيستم را به حداكثر رساند.

Development of thermal management methods for advanced electronic devices, especially for micro and nano-scales are important issues which directly affects system performance. MicroChannel Heat Sink (MCHS) is one of the efficient technologies improving the thermal performance and some research works have been conducted in this field recently. The aim of the present paper is to investigate the nanoparticles size effects on thermal performance of a trapezoidal MCHS numerically. In the present study, employment of Water - Alumina (〖Al 〗_2O _3 ) and Water – CuO nanofluids is modeled using Eulerian – Eulerian two-phase approach. Solving equations of continuity, momentum and energy in the computational domain is performed via Finite Volume Method (FVM) in FLUENT with the accuracy of 〖10〗^(-6). Also, since in most studies nanofluids are simulated as a homogeneous (single phase) fluid a comparison between the present two-phase models with homogeneous modeling is conducted and it is found that two phase modeling shows 13.8% better performance in comparison with other single phase modeling. The results showed that adding of both nanoparticles increases the heat transfer in microchannel and increasing the diameter of the nanoparticles results in a decrease of heat transfer rate as Alumina and Cu-O nano particles, show 6.63% and 5.022% reduction in heat transfer rate, respetively. Also in the meantime, Alumina nanoparticles have a lower heat transfer coefficient than CuO nanoparticles. Hence, Water - CuO nanofluid is more appropriate for trapezoid geometry and by optimizing the particle size the thermal efficiency of the system can be maximized.