بررسي اثر لغزش سرعت و پرش دما بر انتقال حرارت نانوسيال در ميكروكانالي تحت شار حرارتي ثابت با روش شبكه ي بولتزمن

Investigation of the Effect of Velocity Slip and Temperature Jump on the Heat Transfer of Nanofluid in a Microchannel Under Constant Heat Flux with Lattice Boltzmann Method

در اين مقاله اثر لغزش سرعت و پرش دما بر مشخصه هاي جريان و انتقال حرارتي نانوسيال آب - آلومينا در يك ميكروكانال دو بعدي كه در صفحه پايين تحت شار حرارتي ثابت و در صفحه ي بالا عايق است، با روش شبكه ي بولتزمن مورد مطالعه قرار گرفته است. مساله مورد نظر در عدد رينولدز 5، براي سيال پايه و نانو سيال با كسر حجمي 02 / 0 و 04 / 0 در شرايط عدم لغزش و در ضرايب لغزش 04 / 0 و 1/ 0 و نيز در قطر هاي نانوذرات 5 تا 50 نانومتر بررسي شده است. نتايج نشان داد كه به طور كلي استفاده از سطوح آبگريز ضمن كاهش محسوس تنش برشي ديواره، در شرايط شار حرارتي ثابت بر خلاف شرايط دما ثابت نه تنها باعث كاهش بازدهي انتقال حرارتي ميكروكانال نمي شود، بلكه تا حدودي بازدهي آن را افزايش مي دهد. همچنين مشخص شد كه اثر پرش دمايي بر عدد ناسلت ميانگين، در سيال پايه بيشتر از نانوسيال است و با افزايش ضريب لغزش بيشتر مي شود. بطوريكه در نانو سيال با كسر حجمي 04 / 0، با افزايش ضريب لغزش بي بعد، عدد ناسلت ميانگين به صورت پيوسته افزايش پيدا مي كند ولي در سيال پايه اين روند ابتدا صعودي و سپس نزولي است.

In this article, the effect of velocity slip and temperature jump on the flow and heat transfer characteristics of Al2O3 – Water nanofluid in a microchannel with insulated upper wall and constant heat flux on the lower one, is investigated using the lattice Boltzmann method. The problem is solved at Re equal to 5, for base fluid and nanofluid with 0.02 and 0.04 volume fractions, no-slip and slip conditions with 0.04 and 0.1 slip coefficients and also at 5 to 50 nm nanoparticle diameters. The results show that, in general, using the hydrophobic surfaces in addition to making a considerable reduction in wall shear stress, somewhat increases the heat transfer efficacy at uniform wall heat flux condition that can not be seen in the constant wall temperature situations. Also, it is shown that the effect of temperature jump on the average Nusselt number, is more for base fluid than the nanofluid and increases for higher slip coefficients. For nanofluid with 0.04 volume fraction, the average Nusselt number increases continuously with slip coefficient but, for base liquid, firstly it increases and then decreases.