بررسي عددي تأثير ضريب هدايت حرارتي مؤثر نانوسيال بر انتقال حرارت جابجايي تركيبي جريان آرام

Numerical investigation of the effect of nanofluid thermal conductivity on mixed convection heat transfer with laminar nanofluid

انتقال حرارت جابجايي تركيبي يك نانو سيال، شامل آب و ذرات اكسيد آلومينيوم، درون يك لوله افقي، براي جريان آرام به صورت عددي شبيه‌سازي شده است. معادلات پيوستگي، اندازه حركت و انرژي با رويكرد حجم كنترل با دقت مرتبه دوم گسسته شده و كوپلينگ سرعت و فشار با استفاده از الگوريتم سيمپل انجام شده است. براي لحاظ كردن جابجايي آزاد، تغييرات چگالي سيال با رابطه بوسينسك برحسب دما تغيير مي‌كند. از مدل دوفازي مخلوط همگن با به‌كارگيري خواص مؤثر براي مدل‌سازي جريان دوفاز نانوسيال استفاده شده است. شبكه‌بندي به صورت باسازمان انجام شده و كنار ديواره‌ها شبكه لايه-مرزي ايجاد شده است. مقايسه نتايج بدست آمده با نتايج تجربي بيانگر دقت قابل قبول شبيه‌سازي عددي بوده است. شبيه‌سازي در دو حالت عدد ريچاردسون و شارحرارتي ثابت به صورت پايا انجام شده و تغييرات ضريب جابجايي و عدد ناسلت در شرايط مختلف به صورت نمودار ارائه شده است. بررسي نتايج نشان مي‌دهد كه در حالت شار حرارتي ثابت انتخاب رابطه مناسب براي ضريب هدايت حرارتي مؤثر تأثير قابل‌ملاحظه‌اي بر دقت نتايج بدست آمده خواهد داشت. بررسي نتايج نشان داد كه در حالت عدد ريچارسون ثابت هر دو رابطه نتايج مشابه‌اي براي مقدار ضريب جابجايي مي‌دهند به طوري كه با افزايش درصد كسر حجمي نانوذره مقدار ضريب جابجايي افزايش مي‌دهد. اين در حالي است كه در حالت شارحرارتي ثابت نتايج بدست آمده عكس يكديگر است. به صورتي كه با افزايش غلظت نانوذرات، در يك رابطه افزايش ضريب انتقال حرارت و در ديگري كاهش ضريب انتقال حرارت مشاهده مي‌شود.

Laminar mixed convection of a nanofluid consists of water and Al2O3 in a horizontal tube has been studied numerically. Continuity, momentum and energy equations are discreted with the volume control approach and the second-order accuracy and coupling pressure and velocity with the SIMPLE algorithm is done. To include free convection, variation of fluid density with temperature varies according to the Boussinesq equation. Two-phase mixture model has been used by using of effective properties for modeling of two-phase nanofluid flow. Meshing has been done with the organization, and next to the walls, boundary layer mesh has been created. Investigating the results obtained in laboratory conditions indicates the acceptable accuracy of numerical simulations. Simulation has been performed in two states of constant the Richardson number and heat flux, steady state and the variation of the heat transfer coefficient and the Nusselt number are presented in graphical form in various conditions. The results show that, in the case of constant heat flux, the choice of suitable formula for the effective thermal conductivity coefficient will have a significant effect on the accuracy of the obtained results.