تحليل نحوه پخش نانوذرات در جريان جابه‌جايي مختلط آشفته نانوسيال آب و اكسيد مس

Analysis of Particle Dispersion in Turbulent Mixed Convection of CuO-water Nanofluid

در اين پژوهش، جريان جابه‌جايي آشفته نانوسيال آب و اكسيد مس در يك كانال قائم به‌صورت عددي مورد بررسي و تحليل قرار مي‌گيرد. جهت مدل‌سازي جريان فاز سيال به‌صورت پيوسته درنظر گرفته مي‌شود، در حالي كه نانوذرات به‌صورت فاز گسسته در سيال پايه پخش شده‌اند. نحوه پخش نانوذرات اكسيد مس در سيال پايه در شرايط جرياني مختلف مطالعه مي‌شود تا مكانيزم‌هاي مؤثر بر توزيع نانوذرات در مقطع كانال مشخص شود. نتايج مبين اين نكته است كه در شرايط جريان جابه‌جايي آشفته و در ناحيه كاملاً توسعه يافته اثر پديده ترموفورسيس بر حركت براوني نانوذرات غلبه كرده و از اين‌رو تجمع ذرات در نواحي مركزي كانال بيشتر است. اما در ناحيه ورودي كه لايه مرزي به‌طور كامل شكل نگرفته است، توزيع نانوذرات يكنواخت‌تر است. همچنين افزايش كسر حجمي نانوذرات به افزايش نوسانات سرعت آشفتگي در نواحي نزديك به ديواره كمك كرده و اين اثر متقابل موجب بهبود بيشتر انتقال حرارت در جريان آشفته نسبت به جريان آرام مي‌شود.

In the present paper, turbulent convection of CuO-Water Nanofluid in a vertical channel is investigated numerically. In order to simulate the flow, the fluid is considered as a continuous phase while the discrete nanoparticles are dispersed through it. The dispersion of CuO nanoparticles in different flow conditions are studied in order to find the effective mechanisms of particles dispersion in the channel. The results show that in the fully developed turbulent convection flow, thermophoresis is more dominant than Brownian motion of nanoparticles and therefore the nanoparticles aggregation are more in the central areas of the channel. While in entrance region, where the boundary layer is not fully formed, the particles dispersion are more uniform. Also, an increase in the nanoparticles concentration will increase the turbulent velocity fluctuations in regions near the wall and this two-sided effect will cause improvement in turbulent flow thermal transmitance than the laminar flow.