مدلسازي جريان آرام نانوسيالات مختلف حول پره مستطيلي تخت با هدف بهينه سازي هندسي در يك چاه حرارتي

Laminar flow modeling of different nano fluids around a flat plate fin for geometry optimization at the heat sink

در اين مقاله، يك مدلسازي رياضي با هدف بهينه سازي هندسي مقطع عرضي پره صفحه تخت انتها عايق با كاربرد در تعيين عرض بي‌بعد بهينه چاه حرارتي با استفاده از 8 نوع مختلف نانوسيالات خنك كننده شامل نانوذرات آلومينا، سيليكا، تيتانيوم‌دي‌‌اكسيد، اكسيد‌مس، طلا، مس، الماس و فروس‌اكسيد با سيال پايه آب، انجام ‌گرفته ‌است. جريان برخورد كننده به پره آرام در نظر گرفته‌شده و تأثير عدد رينولدز، كسر حجمي، قطر نانوذرات، سرعت متغير و دماي متوسط جريان نانوسيالات بر بهينه سازي عرض بي‌بعد پره و عملكرد حرارتي آن بررسي شد. پره صفحه تخت عايق از جنس مس كه داراي ضريب رسانش گرمايي بالايي مي‌باشد در نظر گرفته شده ‌است. نانوسيالات مختلف با كسرهاي حجمي در محدوده 0.005 الي 0.1 درصد حجمي در قطرهاي نانوذرات در رنج 8-10×3 تا 7-10×1 نانومتر براي پره با مقطع نازك مستطيلي تحليل مي‌شود. در اين تحليل با فرض اوليه زياد بودن طول پره نسبت به عرض، حجم پره ثابت در نظر گرفته‌شده و پهناي پره بهينه سازي شده و سپس عملكرد حرارتي پره با اين عرض بهينه بررسي مي‌شود. نتايج تحليل نشان داد كه بيشترين عرض بي‌بعد بهينه پره براي نانوسيال طلا/ آب و كمترين مقدار مربوط به نانوسيال سيليكا/ آب بدست مي‌آيد. همچنين با افزايش كسر حجمي، دماي ميانگين ورودي و سرعت ورودي جريان، عرض بي‌بعد بهينه افزايش و با افزايش قطر نانوذرات كاهش مي‌يابد.

This paper presents a mathematical model for geometry optimization of a rectangular cross‐section flat plate fin with application in calculatingoptimizedwidthofaheatsinkfordifferentNanofluids(Aluminumoxide,Silicondioxide,Titaniumdioxide,Copperoxide,Gold, Copper, Diamond and Ferros oxide) with water as based fluid. Flow impinging on the fin is considered laminar. The effects of Reynolds number,volumefractionofnanoparticles,particlesize,inletvelocityanddifferentaveragetemperatureonthegeometryoptimizationofthe finareinvestigated.Arectangularflatplatefinmadefromcopperwithhigherthermalconductivityisusedasthetestcase.VariousNano fluidswithdifferentvolumefractions(0.005%to0.1%)anddifferentnanoparticlesizes(3×10‐8to1×10‐7nanometer)areanalyzed.Inthis analysis,asabasicassumption,thelengthofthefinistakenlargerthanthewidthandthefinvolumeisconsideredconstant.Then,widthof thefinwillbeoptimized.TheresultsindicatedthatthehighestandthelowestoptimizedwidthisrelatedtoGoldandsilicondioxidenano fluidsrespectively.Increaseinvolumefraction,inletvelocityandtemperatureanddecreaseinnanoparticlesizeleadstooptimizedwidth enhancement.