ارزيابي فرض عدم وابستگي دمايي خواص ترموفيزيكي نانوسيال آب-اكسيدآلومينيوم درانتقال حرارت جابجايي آزاد درون حفره

Evaluation of temperature-independent thermophysical properties assumption of water based alumina nanofluid in natural convection within the enclosures

در اين تحقيق، صحت فرض خواص ترموفيزيكي مستقل از دما براي نانو سيال آب- اكسيد آلومينيوم در انتقال حرارت جابجايي آزاد درون حفره بررسي شده است. محاسبات به روش عددي و بر اساس حجم محدود و الگوريتم سيمپل انجام شده است. نتيجه‌هاي حاصل با برخي رابطه‌هاي موجود براي حفره مقايسه شده است. به منظور ارزيابي عملكرد حرارتي حفره، مقدار متوسط عدد ناسلت روي ديواره گرم در دو حالت، يكي خواص ترموفيزيكي مستقل از دما و در دماي ميانگين حفره و ديگري خواص متغير با دما، بررسي شده است. كسر حجمي ذرات جامد بين 0 تا 06/0 و محدوده عدد رايلي بين 105و 106×5 بوده و نرخ انتقال گرما در دو حالت ذكر شده در اختلاف دماهاي 1 تا 50 درجه سانتيگراد بررسي شده است. بر اساس نتيجه‌هاي در تمام كسر حجمي‌هاي در نظر گرفته شده و در اختلاف دماي كمتر از 5 درجه سانتيگراد، ميزان اختلاف در عدد ناسلت در حالتي كه خواص مستقل از دما در نظر گرفته شده‌اند در مقايسه با حالتي كه خواص تابعي از دما هستند، كمتر از 10 درصد است. با افزايش اختلاف دما، اختلاف بين عدد ناسلت در دو حالت افزايش يافته و با افزايش كسر حجمي، اين اختلاف بيشتر مي‌شود. نتيجه‌ها همچنين نشان مي‌دهد كه درصد خطاي محاسباتي ناشي از ثابت فرض كردن خواص ترموفيزيكي و محاسبه آنها در دماي ميانگين حفره تنها به اختلاف دماي ديوارهاي سرد و گرم وابسته است؛ بدون توجه به اين كه ديوار سرد و گرم در چه دماهايي قرار دارند. دستاوردهاي اين تحقيق مي تواند براي بهبود دقت نتيجه‌هاي مساله‌هاي شبيه‌سازي عددي جريان نانوسيال در كاربردهاي مختلف مورد استفاده قرار گيرد.

In this research, validity of temperature-independent thermophysical properties assumption of water-Al203 nanofluid in natural convection problems within the enclosures is investigated. The numerical results are obtained utilizing an in-house finite volume code based on the SIMPLE algorithm. In order to do the validation the numerical results and those of existing correlations are compared. In order to evaluate the thermal performance of the enclosure, the average Nusselt number on the hot side wall in both temperature-independent and dependent cases is compared. In this study, the nano-size solid volume fraction ranges from ?=0 to ?=0.06 and Rayleigh number varies from 105 to 5×106 and rate of heat transfer is assessed in both cases in the temperature differences of 1 to 50o C. Results show that, in the all considered solid volume fractions, the difference in the Nusselt number in the case of temperature-independent properties is less than 10 percent in comparison with the case in which the properties are temperature-dependent when temperature difference is less than 5 ?C. As the temperature increases, the difference between Nusselt number in both cases increases and the effect of increase in solid volume fraction is to increase this difference. Results also show that the difference between these two cases is dependent solely on temperature differences between the hot and cold walls regardless of the temperature they have. Results of this research are useful for improving the nanofluid numerical simulation.