دلايل تفاوت نتايج مدل‌هاي يك فازي و دو فازي در انتقال حرارت نانو سيالات : مطالعه موردي جريان درون يك ميكروكانال موجي شكل

The reasons of differences between one phase and two phase models of nanofluids heat transfer characteristics: Case study flow in a wavy microchannel

در اين مقاله انتقال حرارت مزدوج نانوسيالات در يك ميكروكانال موجي شكل با استفاده از مدل يك فازي به روش همگن و مدل دو فازي به روش اويلري - لاگرانژي بصورت عددي بررسي و تفاوت نتايج با استفاده از تحليل هاي فيزيكي مطالعه شده است. سيال پايه آب و نانو ذرات از دو جنس اكسيد آلومينيوم و مس است. غلظت حجمي نانو ذرات تا 2% و قطر آنها 100 نانو متر است. معادلات سه بعدي حاكم شامل پيوستگي، ممنتوم و انرژي در سيال از ديدگاه اويلري به روش حجم كنترل (سيمپل) حل شده‌اند. معادلات حاكم بر حركت و انرژي ذرات نيز به روش لاگرانژي جداسازي و به روش رنگ-كوتاي مرتبه 4 حل شده‌اند. چون در روش لاگرانژي معادلات حركت در سه بعد و معادله انرژي براي تك‌ تك ذرات حل مي‌شود، از روش پردازش موازي و با استفاده از ابر كامپيوتر اين معادلات حل شده‌اند. نتايج نشان مي‌دهند كه تحت تاثير نيروي درگ توزيع ذرات بصورت همگن نيست و اين موضوع منشا اختلاف نتايج روش همگن و مدل دو فازي است. توزيع ناهمگن ذرات بر ميدانهاي سرعت و دما نيز تاثير مي‌گذارد و باعث مي-شود نتايج حاصل از مدل دو فازي متفاوت از نتايج مدل يك فازي (همگن) شود و در بعضي حالات اين اختلاف به حدود 20% نيز مي‌رسد.

In this paper, conjugate heat transfer in wavy microchannels filled with nanofluid is studied numerically. Homogeneous single-phase models underestimate the experimental results. Then, nanofluid simulated by two-phase model using an Eulerian-Lagrangian approach. Nanofluids are water-Cu or water-Al2O3 suspensions with a particle diameter of 100-150nm and a volume fraction of up to 2%. The three-dimensional governing equations including continuity, Navier-Stokes and energy equations are solved by the well-known SIMPLE method. The governing equations for particles are solved by a 4th order Runge-Kutta algorithm. Due to the 3-D governing equation four equations including velocity components and energy should be solved for all particles. The computer program has been written in parallel processing method (MPI). Then a super computer with several CPU’s should be used. In one phase model there some supposes, one of them is that the velocity and temperature of a particle is equal to the velocity and temperature of its surrounding fluid. But the main suppose is that the particle distribution is homogeneous. Results show that the main reason of difference between the results of Homogeneous single-phase models and two-phase model is non-homogeneous particle distribution in the domain.