بررسي عددي تاثير استفاده همزمان از نوسان و نانو ذرات در جريان داخل كانالي با موانع‌ متناوب

Numerical Investigation on Simultaneous Effects of Pulsation and Nanoparticles in Flow through a Channel with Alternative Blocks

در اين مقاله به نقش نانو ذرات در افزايش انتقال حرارت جريان نوساني آرام سيال در كانالي با موانع متناوب به‌صورت عددي پرداخته شده است. معادلات حاكم بر جريان نانو سيال به روش حجم‌محدود روي شبكه جابجا شده حل شده‌اند. سرعت جريان ورودي تابعي سينوسي از زمان درنظرگرفته‌شده و ويژگي‌هاي نانوسيال متغير با دما برحسب خواص ترموفيزيكي سيال پايه و نانو ذره محاسبه مي‌شود. تحليل جامعي بر روي عددنوسلت و افت‌ فشار جريان در محدوده‌هائي از دامنه، فركانس نوسانات و كسرحجمي انواع مختلف نانو ذرات انجام شده است. نتايج نشان مي‌دهد فركانس نوسانات تاثير قابل‌توجهي بر نرخ انتقال‌ حرارت و افت‌فشار نمي‌گذارد. همچنين با سه برابر شدن دامنه نوسانات، عددنوسلت كلي حدود 2 درصد افزايش داشته است؛ اين درحالي است كه افزودن شش درصد نانوذره به سيال پايه، با وجود آنكه افت فشار كمتري هم نسبت به افزايش دامنه بر جريان تحميل كرده، ولي عدد نوسلت كلي را حدود 16 درصد افزايش داده است. مطالعه نانو ذره‌هاي مختلف نيز نشان داد كه عددنوسلت متوسط نوساني براي نانوسيال آب - اكسيد تيتانيوم از ساير نانوسيال‌هاي مطالعه‌ شده كمتر است. بطوركلي مي‌توان گفت كه در كانال مانع‌دار، افزايش كسرحجمي‌ نانوذرات تا 6 درصد و نوساني كردن جريان با دامنه 0/5 حالت بهينه افزايش انتقال حرارت با افت فشاري قابل‌قبول خواهد بود.

The effect of nanoparticles on heat transfer enhancement in laminar pulsating nanofluid flow through a rectangular channel with alternative blocks has been investigated numerically. The governing equations are discretized using a finite volume approach on a staggered grid arrangement. Inflow velocity is set to be sinusoidal in time and temperature-dependent nanofluid properties are computed in terms of the base-fluid and nanoparticles thermophysical properties. A comprehensive discussion is performed on the flow heat transfer and pressure drop in some ranges of pulsation frequency, oscillation amplitude and volume fraction of different nanoparticles. The results show that pulsation frequency has no significant effect on the heat transfer rate and the pressure drop. Moreover increasing the oscillation amplitude by three times adds up the total Nusselt number for about 2 percent, whereas by increasing the volume fraction of nanoparticles by six percent, total Nusselt number increased about 16 percent, with lower pressure drop in comparison with the change of oscillation amplitude. Studying different nanoparticles types also revealed that for water-TiO2 nanofluid, the average pulsating Nusselt number is less than other assumed nanofluids. As a consequence, we state that in a channel with alternative blocks, the increment of nanoparticles volume fraction by 6 percent and the flow oscillating with the amplitude of 0.5 are the optimum values for heat transfer enhancement with reasonable pressure drop.