شبيه سازي عددي تاثيرات نانوسيال و مرز هاي جريان در انتقال حرارت جابجايي طبيعي در حضور ميدان مغناطيسي به روش شبكه بولتزمن

Computational Simulation of Effects of Nano-fluidicity and Flow Boundaries on Natural Heat Transfer in Presence of Magnetic Field, Using LBM

در اين مقاله، انتقال حرارت جابجايي طبيعي نانوسيال در حضور ميدان مغناطيسي يكنواخت بين محفظه مربعي و سيلندر داخلي، با روش شبكه بولتزمن شبيه سازي شده است. سيلندر داخلي در سه شكل مربعي، لوزي و دايره اي مورد بررسي قرار گرفته است. ديواره هاي محفظه مربعي در دماي ثابت سرد و سيلندر داخلي در دماي ثابت گرم قرار دارند. در شبيه سازي انجام گرفته، ميدان جريان، دما و مغناطيس با حل همزمان توابع توزيع جريان، دما و مغناطيس محاسبه شده است. آرايش شبكه D2Q9 براي هر سه تابع توزيع استفاده شده است. نتايج حاصله به خوبي حركت جريان سيال و توزيع دماي در فضاي بين محفظه و سيلندر را نشان مي دهد. صحت شبيه سازي با استفاده از مقايسه نتايج با تحقيقات معتبر گذشته بررسي شده است، كه تطابق خوب نتايج نشان دهنده دقت بالاي كد كامپيوتري نوشته شده، مي باشد. مطالعه جامع پارامتري بر حسب تاثير اعداد رايلي، هارتمن، كسر حجمي و جنس نانوذرات مختلف بر روي انتقال حرارت جابجايي طبيعي بررسي شده است. نتايج بيانگر اين است كه، براي هر سه هندسه در كسر حجمي و جنس نانوذرات مشخص، با ثابت بودن عدد رايلي و افزابش عدد هارتمن انتقال حرارت كاهش مي يابد. همچنين در اين حالت در عدد هارتمن ثابت و با افزابش عدد رايلي، انتقال حرارت افزايش مي يابند. براي انتخاب هندسه مناسب جهت انتقال حرارت بهينه بايد به عدد رايلي و هارتمن توجه داشت. با تغيير كسر حجمي و جنس نانوذرات با تغيير خواص ترموفيزيكي نانوسيال مي توان مستقيما بر روي انتقال حرارت تاثيرگذار بود.

In this paper, natural convective heat transfer of nanofluids in a uniform magnetic field between the square cavity and inner cylinder was simulated via Lattice Boltzmann Method. The inner cylinder in square shape, diamond, and circular has been examined. Square cavity walls and inner cylinder surfaces are at a constant cold and warm temperature, respectively. The flow, temperature, and magnetic field is calculated by solving flow, temperature, and magnetic distribution functions simultaneously. D2Q9 lattice arrangement for each distribution function is used. The results clearly show the behavior of fluid flow and heat transfer between the cavity and the cylinder. The results have been validated with available reasonable results showing relatively good agreement. The effects of Rayleigh number, Hartmann number, void fraction and type of nanoparticles on natural convective heat transfer are investigated. This study shows that for all three geometries used with the same void fraction, type of nanofluid, and Rayleigh number, natural convective heat transfer decreases with Hartmann number. Also, when Hartmann number was fixed, natural convective heat transfer was increased with Rayleigh number. Thus, to select the right geometry for optimum natural convective heat transfer, special attention must be paid to Hartmann and Rayleigh numbers. In addition, void fraction and type of nanofulid can affect heat transfer directly.