بررسی عددی تاثیر حرکت براونی در جابجایی توام نانوسیال در محفظه با یک منبع مربعی گرم مرکزی

نویسندگان

1 بلوار قطب راوندی - دانشگاه کاشان - دانشکده مهندسی مکانیک - کاشان - ایران

2 دانشگاه کاشان

چکیده

در مطالعه حاضر، تاثیر حرکت براونی در جابجائی توام نانوسیال‌ آب-اکسید‌مس داخل یک محفظه با وجود یک منبع گرم مربعی مرکزی به صورت عددی بررسی شده است. منبع گرم در دمای Th و دیواره‌های محفظه در دمای Tc می‌باشد. برای تحلیل جابجایی توام از یک برنامه کامپیوتری به زبان فرترن بر اساس روش حجم محدود و الگوریتم سیمپلر استفاده شده است. مطالعه برای کسر حجمی‌های 0، 02/0 و 04/0 نانوذرات، اعدد ریچاردسون 01/0، 1/0، 1، 10 و 100، عدد گراشف 104 و در نسبت‌های منظری 2/0، 4/0 و 6/0 انجام شده است. نتایج عددی نشان می‌دهد که عدد ناسلت متوسط، چه با در نظر گرفتن تاثیر حرکت براونی و چه بدون در نظر گرفتن تاثیر آن، با افزایش عدد ریچاردسن در همه نسبت‌های منظری کاهش می‌یابد. در عدد ریچاردسن100 عدد ناسلت متوسط با افزایش کسر حجمی همواره افزایش می‌یابد ولی در دیگر اعداد ریچاردسن تا رسیدن به کسر حجمی 02/0 عدد ناسلت متوسط افزایش می‌یابد و پس از آن با افزایش کسر حجمی عدد ناسلت متوسط تقریبا ثابت می‌ماند. در تمامی حالت‌های بررسی شده هنگامی که حرکت براونی در نظر گرفته شود، عدد ناسلت متوسط بیشتر از هنگامی است که این حرکت مورد نظر قرار نگیرد. بیشترین مقدار افزایش عدد ناسلت متوسط ناشی از در نظر گرفتن اثر حرکت براونی 31/9 درصد می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

NUMERICAL INVESTIGATION OF BROWNIAN MOTION EFFECT ON NANOFLUID MIXED CONVECTION IN ENCLOSURE WITH A HOT CENTRAL HEAT SOURCE

نویسندگان [English]

  • A.A. Abbasian Arani 1
  • A. Aghaee 2
  • H. Ehteram 2
1
2 kashan
چکیده [English]

This paper presents a numerical study on the mixed convection in an enclosure, with a heat source at its center filled with a water–CuO nanofluid. Central heat source and the wall heat source have Th and Tc respectively. For this purpose we used a Fortran program based on Finite Volume Method and SIMPLER algorithm. The effects of parameters such as volume fraction for 0, 0.02 and 0.04, Richardson number for 0.01, 0.1, 1, 10 and 100, Grashof equal to 104, as well as aspect ratio 0.2, 0.4 and 0.6 are examined. The results show that the Nusselt number decrease with Richardson number for all aspect ratio with and without Brownian motion effects. At Richardson number equal to 100 average Nusselt number increase with volume fraction while at other Richardson number it increase from 0 to 0.02 and it has not change after 0.02. When we consider the effect of Brownian motion average Nusselt number show grater increase at all cases under study. Maximum increase in average Nusselt number is 9.31 with effect of Brownian motion.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nonofluid
  • Mixed convection
  • Brownian motion
  • Variable properties
  • Numerical Solution
  • Square Cavity

مراجع

1-      
[1]  Shankar, P.N., Despande, M.D. (2000). “Fluid mechanics in the driven cavity“. Annual Review Fluid Mechanics, Vol. 136, pp. 93–136.
[2]  Sharif, M.A.R. (2007). “Laminar mixed convection in shallow inclined driven cavities with hot moving lid on top and cooled from bottom“. Applied Thermal Engineering, Vol. 27, pp. 1036–1042.
[3]  Oztop, H.F., Dagtekin, I. (2004). “Mixed convection in two-sided lid-driven differentially heated square cavity“. International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 47, pp. 1761–1769.
[4]  Mansour, M.A., Mohamed, R.A., Abd-Elaziz, M.M., Ahmed, S.E. (2010). “Numerical simulation of mixed convection flows in a square lid-driven cavity partially heated from below using nanofluid”. International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol. 37(10), pp. 1504–1512.
[5]  Mahmoodi, M. (2011). “Mixed convection inside nanofluid filled rectangular enclosures with moving bottom wall”. Thermal Science, Vol. 15(3), pp. 889–903.
[6]  Ghasemi, B., Aminossadati, S.M. (2010). “Mixed convection in a lid-driven triangular enclosure filled with nanofluids”. International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol. 37 (8), pp. 1142–1148.
[7]  Sheikhzadeh, G.A., Ebrahim Qomi, M., Hajialigol, N., Fattahi, A. (2012) “Numerical study of mixed convection flows in a lid-driven enclosure filled with nanofluid using variable properties”. Results in Physics, Vol. 2, pp. 5-13.
[8]  Pishkar, I., Ghasemi, B. (2012) “Cooling enhancement of two fins in a horizontal channel by nanofluid mixed convection”. International Journal of Thermal Sciences, pp. 1-11.
[9]  Chamkhaa, Ali J., Abu-Nada, Eiyad. (2012) “Mixed convection flow in single- and double-lid driven square cavities filled with water–Al2O3 nanofluid: Effect of viscosity models”. European Journal of Mechanics B/Fluids, Vol. 36, pp 82-86.
[10]             Arefmanesh, A., Mahmoodi, M. (2011). “Effects of uncertainties of viscosity models for Al2O3–water nanofluid on mixed convection numerical simulations”. International Journal of Thermal Sciences, Vol. 50 (9), pp. 1706–1719.
[11]             Nguyen, C.T., Desgranges, F., Roy, G., Galanis, N., Maré, T., Boucher, S., Angue Mintsa, H. (2007). Temperature and particle-size dependent viscosity data for water-based nanofluidsz hysteresis phenomenon. International Journal of Heat and Fluid Flow, Vol. 28, pp. 1492–506.
[12]   Abbasian Arani, A.A., Amani, J. (2012). “Experimental study on the effect of TiO2–water nanofluid on heat transfer and pressure drop”. Experimental Thermal and Fluid Science, Vol. 42(1), pp. 107-115.
[13]   Abbasian Arani, A.A., Amani, J. (2013) “Experimental investigation of diameter effect on heat transfer performance and pressure drop of TiO2–water nanofluid”. Experimental Thermal and Fluid Science, Vol. 44(1), pp. 520-533.
[14]   Hwang, Y., Lee, J.K., Lee, C.H., Jung, Y.M., Cheong, S.I., Lee, C.G., Ku, B.C., Jang, S.P. (2007). “Stability and thermal conductivity characteristics of nanofluids”. Thermochimica Acta, Vol. 455 (1–2), pp. 70–74.
[15]   Ogut, E.B. (2009). “Natural convection of water-based nanofluids in an inclined enclosure with a heat source”. International Journal of Thermal Sciences, Vol. 48 (11), pp. 2063–2073.
[16]   Abu-Nada, E., Masoud, Z., Hijazi A. (2008). “Natural convection heat transfer enhancement in horizontal concentric annuli using nanofluids”. International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol. 35(5), pp. 657–665.
[17]   Arefmanesh, A., Amini, M., Mahmoodi, M., Najafi, M. (2012). “Buoyancy-driven heat transfer analysis in two-square duct annuli filled with a nanofluid”. European Journal of Mechanics B/Fluids, Vol. 33(1), pp. 95–104.
[18]   Abu-nada, E., Oztop, H. (2009). “Effect of inclination angle on natural convection in enclosures filled with Cu water nanofluid”. International Journal of Heat and Fluid Flow, Vol. 30(4), pp. 669–678.
[19]   Polidori, G., Fohanno, S., Nguyen, C.T. (2007). “A note on heat transfer modeling of Newtonian nanofluids in laminar free convection”. International Journal of Thermal Sciences, Vol. 46 (8), pp. 739–744.
[20]   Aminossadati, S.M., Ghasemi, B. (2011). “Natural convection of water–CuO nanofluid in a cavity with two pairs of heat source–sink”. International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol. 38(5), pp. 672–678.
[21]   Tiwari, R.K., Das, M.K. (2007). “Heat transfer augmentation in a two-sided lid-driven differentially heated square cavity utilizing nanofluids”. International Journal Heat and Mass Transfer, Vol. 50 (9), pp. 2002–2018.
[22]   Seyf, H.R, Nikaaein, B., (2012), “Analysis of Brownian motion and particle size effects on the thermal behavior and cooling performance of microchannel heat sinks”. International Journal of Thermal Sciences, Vol. 58, pp. 36-44.
 
 
مدل سازی در مهندسی
دوره 11، شماره 34
مهر 1392
صفحه 15-29

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 09 بهمن 1395
  • تاریخ بازنگری: 03 مهر 1396
  • تاریخ پذیرش: 09 بهمن 1395

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار