مطالعه عددي اثرات ميدان‌هاي مغناطيسي بر جريان نانوسيال مغناطيس شونده غيرنيوتوني داراي هدايت الكتريكي در يك كانال عمودي

Numerical study of magnetic fields effects on the electrical conducting non-Newtonian ferrofluid flow through a vertical channel

در اين مطالعه، رفتار حرارتي و هيدروديناميكي يك نانوسيال غيرنيوتوني مغناطيس شونده (با فرض سيال پايه غيرنيوتوني بعلاوه 4% اكسيد آهن) در يك كانال مستطيلي عمودي و در حضور ميدان هاي مغناطيسي مختلف، به صورت عددي با استفاده از مدل دوفازي مخلوط، مدل قانون تواني و روش حجم محدود مورد بررسي قرار گرفته است. با در نظر گرفتن هدايت الكتريكي براي سيال پايه، علاوه بر اصول فرهيدروديناميك، اصول مگنتوهيدروديناميك نيز در نظر گرفته شده است. تاثير غير نيوتوني بودن سيال با استفاده از مدل قانون تواني، با فرض برابر بودن شاخص سازگاري در اين مدل با لزجت در حالت نيوتوني، براي دو مقدار متفاوت شاخص قانون تواني، يعني 6/0 و 8/0 بررسي و نتايج بدست آمده با نتايج حالت نيوتوني مقايسه شده است. سه حالت مختلف ميدان مغناطيسي براي بررسي انتخاب شده است: ميدان محوري غيريكنواخت، متقاطع يكنواخت و حالتي كه هر دو ميدان مذكور به صورت همزمان اعمال شده اند. با توجه به نتايج بدست آمده روند كلي تغييرات براي عدد نوسلت و ضريب اصطكاك براي سيال غيرنيوتوني همانند حالت نيوتوني است با اين تفاوت كه در حالت غير نيوتوني و با كاهش شاخص تواني، تاثير پذيري پروفيل سرعت، عدد نوسلت، ضريب اصطكاك از ميدان محوري، بيشتر مي شود. همچنين نتايج نشان مي دهند كه هدايت الكتريكي تاثيرات قابل ملاحظه اي بر رفتار فروسيال دارد و قابل صرفنظر نيست و ميدان محوري با گراديان منفي و ميدان متقاطع اثرات مشابهي بر افزايش عدد نوسلت و ضريب اصطكاك دارند، در حاليكه ميدان محوري با گراديان مثبت آنها را كاهش مي-دهد.

This study presents a numerical investigation of the hydro-thermal behavior of a Non-Newtonian ferrofluid (non-Newtonian base fluid and 4% Vol. Fe3O4) in a rectangular vertical duct in the presence of different magnetic fields, using two-phase mixture model, power-law model, and control volume technique. Considering the electrical conductivity of the base fluid, in addition to the ferrohydrodynamics principles, the magnetohydrodynamics principles have also been taken into account. To study the effects of non-Newtonian base fluid using power-law model, assuming the same flow consistency index with viscosity of Newtonian fluid, two different power law indexes (i.e., n=0.8 and 0.6), have been investigated and the results have been compared with that of Newtonian ones (i.e., n=1). Three cases for magnetic field have been considered to study mixed convection of the ferrofluid: non-uniform axial field, uniform transverse field and another case when both fields are applied simultaneously. The results indicate that the overall influence of magnetic fields on Nusselt number and friction factor is similar to the Newtonian case, although by decreasing the power law index the effect of axial field on velocity profile, Nusselt number and friction factor become more significant. Moreover, the results indicate that electrical conductivity has a significant effect on the behavior of ferrofluid and cannot be neglected and also negative gradient axial field and uniform transverse field act similarly and enhance both the Nusselt number and the friction factor, while positive gradient axial field decreases them.