تحليل انتقال گرماي جابجايي مختلط نانو سيال آب و اكسيد مس در كانال قائم مربعي با رويكرد دو فاز اويلر- لاگرانژ

Analysis of mixed convection heat transfer of CuO-water nanofluid in a vertical square duct using two phase Euler-Lagrange approach

هدف از انجام مطالعه حاضر، تحليل انتقال گرماي جابجايي مختلط نانو سيال آب و اكسيد مس در داخل كانال قائم مربعي، تحت شار حرارتي ثابت مي‌باشد. جريان سيال داخل كانال، آرام، پايا و سه بعدي در نظر گرفته شده است. از ديدگاه دو فاز اويلر- لاگرانژ براي تحليل رفتار نانو سيال استفاده شده است. معادلات حاكم بر مسئله توسط روش حجم كنترل بر پايه روش المان محدود (CVFEM) گسسته سازي شده‌اند. تأثير پارامترهايي مانند غلظت ذرات نانو، عدد رينولدز و عدد گراشف بر روي ضريب انتقال گرماي جابجايي مختلط، عدد ناسلت، پروفيل سرعت و دما، ضريب اصطكاك و نحوه پخش ذرات مورد تحليل قرار گرفته است. به دليل اهميت دو نيروي براوني و ترموفورتيك، تاثير اين نيروها بر ضريب انتقال حرارت بررسي شده است. نتايج نشان مي‌دهد كه افزايش غلظت ذرات نانو، موجب بيشتر شدن ضريب انتقال گرماي نانو سيال شده، ولي تأثير قابل‌توجهي بر روي ضريب اصطكاك ندارد. به عنوان مثال براي غلظت 2 درصد ذرات نانو، افزايش 25 درصدي در ضريب انتقال گرما مشاهده مي-شود. از سويي ديگر، افزايش عدد گراشف باعث كم شدن بهبود انتقال گرماي نانو سيال نسبت به سيال خالص مي‌شود.

In this article, laminar mixed convection heat transfer of CuO-water nanofluid flow has been investigated in a vertical square duct. Constant Wall heat flux condition is considered for the walls. Governing equations are solved three dimensionally in steady state. Two phase Euler-Lagrange approach is employed to simulate nanoparticles behavior. Governin equations was discretized using control volume based finite element method (CVFEM). Effect of different parameters such as nanoparticles concentration, Reynlods number and Grashof number on heat transfer coefficient, nusselt number, velocity and temperature profiles, friction factor and particles diffusion is presented and discussed. Due to the importance of Brownian and Thermoforetic forces in nano scale analysis, effect of these forces on heat transfer rate, analyzed by Euler-Lagrange approach, is presented. Results show increasing nanoparticles concentration improves convective heat transfer coefficient, while has no significant effect on friction factor. As an example for φ=2%, enhancement of heat transfer coefficient exceed to 25%. Moreover increasing Grashof number decreases heat transfer improvement and increases skin friction on the walls.