بررسي اثر قطر نانوذرات بر جابجايي آزاد نانوسيال آب- اكسيد آلومينيوم با استفاده از مدلهاي تكفازي و دوفازي

Investigation of Nanoparticles Diameter on Free Convection of Aluminum Oxide-Water Nanofluid by Single Phase and Two Phase Models

در اين پژوهش، اثر قطرنانوذرات در جابجايي آزاد نانوسيال آب- اكسيد آلومينيوم در يك محفظه با مدل دو فازي و تك فازي بررسي شده است. محدوده عدد رايلي 105 تا 107 در كسر حجمي هاي 01/0 تا 03/0 براي نانوذرات با قطر هاي گوناگون (25، 33، 50 و 100) نانومتر در نظر گرفته شده است. در اين مطالعه، از ديدگاه اويلري- اويلري و مدل مخلوط با توجه به اثرات حركت براوني و ترموفرسيس استفاده شده است. حركت براوني و ترموفرسيس به ترتيب تحت اثرات گراديان كسر حجمي و گراديان دما بوجود مي آيند كه سبب بوجود آمدن لغزش ميان نانوذرات و سيال پايه مي شوند؛ بنابراين، نوعي ناهمگني در رفتار ميان نانوذرات و سيال پايه بوجود مي آيد. اين ناهمگني منجر به اثرات قابل توجهي در نتايج مدل سازي دو فازي مي شود كه تطابق بهتري نسبت به مدل سازي تك فازي با نتايج تجربي ايجاد مي كند. نتايج نشان مي دهند كه مدل دوفازي جابجايي كمتري نسبت به مدل تك فازي پيش بيني مي كند. همچنين، با كاهش عدد رايلي و افزايش عدد رايلي اختلاف ميان دو مدل كاهش مي يابد. افزايش در قطر و مقدار كسر حجمي نانوذرات انتقال حرات را كاهش مي دهد؛ در واقع، افزايش در ناهمگني عاملي است كه منجر به كاهش انتقال حرارت مي شود. همچنين، اثر قطر نانوذرات بر جريان و انتقال حرارت محسوس است

In this research, effect of nanoparticles diameter on free convection of aluminum oxide-water was investigated in a cavity by single phase and two phase models. The range of Rayleigh number is considered 105-107 in volume fractions of 0.01 to 0.03 for nanoparticles with various diameters (25, 33, 50 and 100 nm). Given that the two phase nature of nanofluids, necessity of modeling by this method is increasing. Single phase approach (in contrary of two-phase modeling) for nanofluids is based on that the behaviors of each two solid phase (nanoparticles) and liquid phase (base fluid) are completely similar. In this study, Eulerian-Eulerian approach and mixture model was used given that Brownian motion and thermophoresis effects. Brownian motion and thermophoresis creates under influences of volume fraction gradient and temperature gradient, respectively that cause to creating slip between nanoparticles and base fluid; thus, kind of non-uniformity creates on behavior between nanoparticles and base fluid. This non-uniformity leads to significant effects on results of two phase modeling that creates better agreement to single phase modeling with experimental results. Results indicate that heat transfer decreases with increasing diameter and volume fraction of nanoparticles. Also, effect of nanoparticle diameter on flow and heat transfer is tangible