مطالعه عددي تاثير عامل هاي هندسي بر انتقال گرماي نانو سيال آب -Al2O3 در يك ميكروكانال

Numerical Study of the Influence of Geometric Factors on Heat Transfer Using Water-Al2O3 Nanofluid in the Microchannels

اين پژوهش به بررسي انتقال گرما و ساختار جريان، نانو سيال آب – آلومينيم اكسيد در ميكروكانال دو بعدي مستطيلي در جز حجمي۲٪، ۴%، ۶% و 8% نانو ذره ها و عدد رينولدز 10 تا 50 با استفاده از ديناميك سيال هاي محاسباتي (CFD) پرداخته است. مجموعه معادله هاي حاكم، پيوستگي و مومنتم و گرما به روش المان محدود با اعمال شرايط مرزي با كمك نرم افزار كامسول حل شده است. عدد ناسلت محلي پيش بيني شده جريان نانو سيال آب ـ آلومينيم اكسيد در عدد رينولدز ۶/۹ و 5% با داده هاي آزمايشگاهي تطابق خوبي دارد. نتيجه هاي شبيه سازي نشان دادند افزايش عدد رينولدز موجب افزايش سرعت سيال و افزايش تراكم خطوط جريان لبه تيغه و ايجاد گرداب هاي بزرگ تر جريان مي شود كه اين پديده موجب افزايش ناسلت مي شود. همچنين افزايش تعداد تيغه ها موجب تشكيل مناطق چرخش جريان بيش تر مي شود كه اين امر به سبب تبادل گرماي بهتر سيال با ديواره كانال و افزايش دماي خروجي ميكروكانال مي شود. به طوري كه در رينولدز 40 دما خروجي سيال در ميكروكانال شش تيغه ۳۲۲/۳۵ كلوين و در ميكروكانال يك تيغه ۳۱۴/۹ كلوين مي باشد. با افزايش ارتفاع تيغه وسعت منطقه چرخش بيش تر شده و در پي آن ضريب انتقال گرما افزايش مي يابد. براي ميكروكانال شش تيغه با افزايش عدد رينولدز از 10 به 50 ميزان افت فشار 15 برابر و ميزان ناسلت 28 برابر مي شود. همچنين افزايش جز حجمي نانو ذره، مقدارهاي متوسط دماي خروجي ميكروكانال را افزايش داده و وسعت گرداب ها را با تاثيرگذاري بر گرانروي كاهش مي دهد افزايش جز حجمي از ۰/۰۲ تا ۰/۱ براي ميكروكانال تك تيغه دما را ۰/۵۶درصد افزايش مي يابد. ولي تاثير فاصله بين تيغه ها، بر دماي متوسط خروجي ميكروكانال كم مي باشد

In this study، the heat transfer and fluid flow، water-Al2O3nanofluid in a microchannel، two-dimensional rectangular in volume fractions 2%، 4%، 6% and 8% nanoparticles and Reynolds number from 10 to 50 using Computational Fluid Dynamics (CFD) has been investigated. The governing equations of continuity and momentum and thermal are solved by finite element method and by applying boundary conditions by using COMSOL Multiphysics 5.0 software. Simulation results have shown، the local Nusselt number water-Al2O3nanofluid in Reynolds number 6.9 and volume fractions 5% is a good agreement with experimental data. Increasing the Reynolds number leads to increases fluid velocity and increase the density of streamlines in the edge of the baffle and the creation of larger vortex flow that increases the heat transfer coefficient. By increasing the number of baffles leads to the formation of the recirculation zone، which increased outlet temperatures due to better heat exchange fluid to the walls of the microchannel. So that the output of fluid temperature in Reynolds number 40 in the microchannel six baffle and in the microchannel one baffle is 322.35 K and 314.9 K، respectively. By increasing the height of baffle، increase recirculation zone and then increase the heat transfer coefficient. In six baffle microchannel for Reynolds number 50، the value of pressure drop and the nusselt number is found to be 15 and 28 higher when compared with that Reynolds number in 10، respectively. But also the average output temperature is increased by increasing nanoparticle volume fractions and viscosity affected by size zone. For one baffle microchannel by rising nanoparticle volume fractions from 0.02 to 0.1، the temperature (K) enhancing 0.56 % percent. But the effect of the distance between the baffles، the average temperature of the microchannel output is low.