بررسي عددي تاثير نسبت منظر محفظه مستطيلي و كسر حجمي نانوذرات بر انتقال حرارت جابه جايي طبيعي نانوسيال آلومينا-آب

Influence of Aspect Ratio of Rectangular Enclosure and Nanoparticles Volume Fractions on Natural Convection Heat Transfer of Al2O3-Water Nanofluid; A numerical study

در اين مطالعه تاثير تغيير ارتفاع نسبت به پهناي محفظه (نسبت منظر) و همچنين كسرحجمي نانوذرات بر انتقال حرارت جا به جايي طبيعي نانوسيال آلومينا-آب در يك محفظه بررسي شد. نانوسيال، تك فاز و غيرقابل تراكم و بر پايه سيال آب شامل نانوذرات آلومينا (اكسيد آلومينيوم) فرض شده است. غلظت نانوذرات صفر تا 4 درصد است و جريان طبيعي آرام فرض شده است. محدوده اعداد رايلي 105×4 تا 108 در محفظه دو بعدي با نسبت منظرهاي متفاوت است. محفظه داراي دو ديوار عمودي با دماهاي گرم و سرد با اختلاف دماي مشخص است و دو ديوار افقي آن عايق مي باشد. معادلات حاكم به صورت عددي به روش حجم محدود و به كمك نرم افزار فلوئنت حل شدند. مشخص شد با توجه به مدل هاي استفاده شده براي ويسكوزيته و ضريب هدايت حرارتي نانوسيال، نانوسيال با غلظت هاي بيش تر، به دليل هدايت حرارتي و نيز ويسكوزيته بالاتر نسبت به آب خالص، عدد ناسلت نانوسيال آلومينا-آب كاهش مي يابد، به عبارتي عدد ناسلت در هر نسبت منظر مشخص، در كم ترين غلظت معادل 3/0 درصد كاهش و در بيش ترين غلظت نيز معادل 14 درصد كاهش مي يابد. عدد ناسلت در يك غلظت ثابت و مشخص، در مقايسه با ضريب انتقال حرارت جا به جايي و هدايت حرارتي نانوسيال، به نسبت منظر محفظه وابسته تر مي باشد و با افزايش نسبت منظر عدد ناسلت نيز روند افزايشي خواهد داشت و تحت تاثير بيش تري قرار مي گيرد.

In this study, the variation of aspect ratio (height to width) and nanoparticles volume fractions of on natural convection heat transfer of Alumina-water nanofluid in enclosures was investigated. It is supposed that the nanofluid are applied as incompressible fluid and single phase base on water (as basefluid) include Alumina (Al2O3), with volume fraction (concentration) 0 - 4%, under laminar flow. Governing equations were solved numerically by finite volume method (Fluent). Rayleigh number is in the range of 4×105-108 in 2D enclosures with specific aspect ratios (0.6-3.2) and temperature difference. In the present work with due attention to the used models for the viscosity and the nanofluid coefficientof thermal conduction was showed that the Nusselt number of the nanofluid with more concentration, is increasing due to more viscosity and coefficient of thermal conduction rather than pure water. In other words the Nusselt number in every specific aspect ratio, in minimum of concentration equals 0.3% and in maximum of concentration equals 14% would be decreased. In a specific concentration, The Nusselt number was more related with aspect ratio rather than the coefficientof natural convection heat transfer and thermal conduction.