مدل سازي عددي به حركت درآوردن جريان نانوسيال مغناطيسي در يك سيكل خنك كاري بسته با بكارگيري ميدان مغناطيسي و اثر ترمومغناطيسي

Numerical modeling of magnetic nanofluid pumping in a closed cooling loop by using magnetic field and thermomagnetic effect

در اين مقاله به مدل‌سازي عددي جريان فروسيال جاري در يك سيكل خنك‌كاري بسته پرداخته شده است كه فاقد هرگونه پمپ مكانيكي مي باشد. جريان فروسيال از طريق اعمال ميدان مغناطيسي غير يكنواخت و با استفاده از خاصيت ترمومفناطيسي در سيكل بسته شارش خواهد يافت. فروسيال مربوطه شامل آب و اكسيد آهن با كسرهاي حجمي مختلف نانوذرات بوده و قطر نانوذرات برابر 13nm در نظر گرفته شده است. براي مدل سازي جريان از مدل دوفازي مخلوط و روش حجم كنترل استفاده شده است. براي اعمال ميدان مغناطيسي از يك سيملوله الكترومغناطيسي استفاده شده است و به مدل سازي پايا و همچنين گذراي جريان ايجاد شده در سيكل خنك كاري از لحظه صفر (فروسيال به صورت ساكن در داخل سيكل) پرداخته شده است. نتايج نشان مي‌دهد كه با اعمال ميدان مغناطيسي و همچنين بهره گيري از ويژگي وابسته بودن مغناطيس پذيري به دما (اثر ترمومغناطيس) مي‌توان باعث بوجود آمدن جريان در سيكل خنك كاري شد به طوري كه با افزايش توان منبع ايجاد كننده گرما (گرمكن) در سيكل، مقدار دبي جريان در داخل سيكل افزايش مي يابد. همچنين نتايج نشان مي‌دهد كه براي منبع سرد (منبع دفع كننده گرما) با دماي ثابت بالاتر، دبي جريان بيشتري در سيكل خنك‌كاري خواهيم داشت. علاوه بر اين، براي فروسيال با كسر حجمي نانو ذرات بالاتر، دبي جريان بوجود آمده در سيكل خنك‌كاري بيشتر خواهد بود. مي‌توان از اين سيكل خنك‌كاري جهت خنك‌كاري سيستم هاي الكترونيكي استفاده نمود.

In this paper, ferrofluid flow in a closed cooling loop without any mechanical pump has been simulated. The flow of the ferrofluid in the closed loop is resulted from applying a non-uniform magnetic field and the thermo-magnetic effect of the ferrofluids. The ferrofluid consist water and different volume fractions of iron oxide nanoparticles. The two phase mixture model and the control volume technique have been used in the present study. The applied non-uniform magnetic field is resulted from an electromagnetic solenoid and the steady and also the transient modeling of the flow in the cooling loop from start point (stagnant ferrofluid in loop) have been carried out. The obtained results show that by applying magnetic field and also by taking advantage of temperature dependent property of the magnetic susceptibility, a flow of ferrofluid is created in the loop and by increasing the heat input (heater power) in the loop, the flow rate in the loop is increased. Moreover, the results show that by having a cold source (for rejection of produced heat) with higher constant temperature, the flow rate in the loop increases. Furthermore, the flow rate in the cooling loop is increased as the volume fraction of the nanoparticles in the base fluid increases. In the present study, our goal is to induce flow inside the cooling loop by magnetic field although this is possible using a mechanical pump using much lower power.