مطالعه عددي حل تشابهي جريان لايه مرزي جابجايي تركيبي براي نانوسيال آب- مس از روي يك صفحه افقي

A Numerical study of similarity solution for mixed-convection copper-water nanofluid boundary layer flow over a horizontal plate

اين مقاله به حل تشابهي لايه مرزي براي جريان جابجايي تركيبي نانوسيال آب- مس عبوري از روي يك صفحه تخت افقي به صورت عددي پرداخته است. معادلات ديفرانسيل جزيي حاكم با بكارگيري متغيرهاي تشابهي مناسب به معادلات ديفرانسيل معمولي تبديل شده و همزمان با روابط تغيير خواص نانوسيال به‌كمك روش اختلاف محدود كلرباكس حل شده اند. تاثير تغيير در دماي سطح، كسر حجمي نانوذره و پارامتر جابجايي تركيبي بر ضريب اصطكاك در جريان، عدد نوسلت و پروفيل سرعت و دما بررسي شده است. نتايج بدست آمده نشان مي‌دهد كه عدد نوسلت جريان با افزايش كسرحجمي نانوذرات و پارامتر جابجايي تركيبي افزايش مي‌يابد، بطوريكه پارامتر معرف عدد نوسلت جريان براي نانوسيال آب- مس با كسر حجمي 4 درصدي نسبت به سيال خالص درحدود 10% افزايش داشته است. از طرفي پارامتر ضريب اصطكاك نيز در همين محدوده، در حدود 20% افزايش يافته است. با اين وجود در مقادير پايين تر پارامتر جابجايي تركيبي، تاثير حضور نانوذرات بر افزايش ضريب اصطكاك بيشتر خواهد شد. اثر دماي سطح نيز بر افزايش عدد نوسلت و كاهش ضريب اصطكاك، در كسر حجمي نانوذرات بالاتر و پارامتر جابجايي تركيبي بالاتر، محسوس‌تر است. همچنين با افزايش دماي سطح، دماي نانوسيال در هر فاصله‌اي از سطح كاهش مي يابد.

This paper is concerned with a similarity solution for mixed-convection boundary layer copper-water nanofluid flow over a horizontal flat plate. Appropriate similarity variables are used to convert the Governing PDEs to ODEs and the resultant equations with the nanofluid properties relations are discretized and solved simultaneously using finite-difference Keller-Box method. The effects of change in plate temperature, the volume fraction of nanoparticles, and the mixed-convection parameter, on friction coefficient, Nusselt number and velocity and temperature profiles are investigated. The results show that, the Nusselt number increases as the mixed-convection parameter and the volume fraction of nanoparticles increases. This enhancement is about 10 percent for the nanofluid with 4% volume fraction of nanoparticles, compared with the pure water. Moreover, in this range the friction coefficient parameter increases about 20 percent. However, the lower the mixed-convection parameter is, the higher the effect of nanoparticles on the friction coefficient increment. The results also illustrate that the effect of the surface temperature on the increment of Nusselt number and on the reduction of friction coefficient is more considerable in higher mixed-convection parameter and volume fraction of nanoparticles. Also, by increasing surface temperature, the temperature of nanofluid decreases at any surface distance.