بررسي عددي انتقال حرارت مختلط درون يك حفره حاوي نانوسيالات غيرنيوتني با استفاده از مدل دو‌فازي مخلوط

Numerical Study of Mixed Convection Heat Transfer in a Cavity Filled with NonNewtonian Nanofluids Utilizing Two-phase Mixture Model

در تحقيق حاضر، انتقال حرارت جابجايي مختلط در حفره ي پر شده از نانوسيال غيرنيوتني با استفاده از مدل دوفازي مخلوط شبيه سازي شده است. نانوسيال آب- مس در اين مسئله از خود رفتار سيالات رقيق شونده‌ي برشي را نشان مي‌دهد. تأثير رفتار غيرنيوتني سيال با استفاده از مدل قانون تواني براي مقادير مختلف شاخص قانون تواني بررسي شده است. پس از اعمال معادلات حاكم و مدل‌هاي مورد نظر در كد محاسباتي، اعتبارسنجي آن با شبيه سازي مسئله در حالت‌هاي سيال نيوتني و غيرنيوتني و مقايسه نتايج با كار ديگر محققين صورت پذيرفته است. پس از آن، شبيه سازي مسئله مورد نظر براي عدد ريچاردسون 0/001 تا ،1شاخص قانون تواني 0/2 تا 1و كسر حجمي نانوذرات صفر تا 0/09 صورت پذيرفته است. نتايج به دست آمده نشان مي‌دهند كه افزايش عدد ريچاردسون سبب كاهش انتقال حرارت مي‌گردد. در تمامي اعداد ريچاردسون با كاهش شاخص قانون تواني، عدد ناسلت ميانگين كاهش مي‌يابد. با افزايش كسر حجمي از صفر تا 0/09 در شاخص قانون تواني ،0/2 عدد ناسلت ميانگين براي ريچاردسون 0/001 در حدود % 15/75 و براي ريچاردسون 1در حدود % 17/32 افزايش پيدا مي‌كند.

In the present research, the problem of mixed convection flow of a non-Newtonian nanofluid in a lid-driven cavity is simulated using a two-phase mixture model. Nanofluid of water-copper in this problem shows a shear-thinning behavior. To study the effects of non-Newtonian fluid with power-law model on the amount of heat transfer, various power-law indices are considered. After applying the governing equations and related models in the computational code, its validation is done by simulating the problem with Newtonian and non-Newtonian fluid behavior and comparing the results with those of other researchers. Afterwards, simulation of the problem is accomplished for the Richardson numbers of 0.001-1 and power-law indices of 0.2-1 while the volume fraction of nanoparticles alters from 0 to 0.09. The obtained results show that the increase in Richardson number decreases the amount of heat transfer. For all Richardson number decrease in the power law index leads to a decrease in the average Nusselt number. Variation of volume fraction from 0 to 0.09 at the power law index of 0.2 leads to an approximate increase of 15.75% and 17.32% in the average Nusselt number for Ri=0.001 and 1, respectively.