بررسي عددي و بهينه سازي انتقال حرارت جابجايي تركيبي و توليد آنتروپي در محفظه مربعي با درپوش متحرك

Numerical Investigation and Optimization of Mixed Convection and Entropy Generation in Square Cavity with Lid-Driven

روش تاگوچي از سال 1980 به عنوان يك روش موثر به منظور بهينه سازي فرآيند طراحي نمونه‌هاي مهندسي به كار مي‌رود. در اين مقاله با استفاده از روش تاگوچي شرايط بهينه در انتقال حرارت و توليد آنتروپي جابجايي تركيبي نانوسيال آب – مس در يك محفظه مربعي مورد بررسي عددي قرار گرفته است. بدين منظور از يك آرايه متعامد (43) 16 L جهت تحليل تاگوچي استفاده شده است. همچنين معادلات حاكم به روش حجم كنترل جبري شده‌ و توسط الگوريتم سيمپل بطور همزمان حل شده‌اند. پارامترهاي عدد ريچاردسون (1/0-100)، كسر حجمي نانوذرات مس (0- 10%) و طول موج سطح موجدار (0- 1) به عنوان سه فاكتور موثر مورد نظر جهت تحليل در چهار سطح در نظر گرفته شده‌اند. اين تحليل براي عدد گراشهف ثابت 104 انجام شده است. نتايج نشان مي‌دهند كه عدد ناسلت متوسط با افزايش عدد ريچاردسون، كسر حجمي نانوذرات مس و طول موج سطح موجدار كاهش مي‌يابد. با كمك تحليل تاگوچي مشخص شد كه ديواره تخت ( با طول موج سطح موجدار صفر) در عدد ريچاردسون 1/0 و كسر حجمي % 0 حالت بهينه طراحي براي انتقال حرارت مي‌باشد. در حاليكه هندسه با %5 = ? ، 100=Ri و 25/0= ? حالت بهينه طراحي براي توليد آنتروپي مي‌باشد. نهايتاً براي انتقال حرارت بيشينه و توليد آنتروپي كمينه هندسه با %0 = ? ، 1=Ri و 25/0= ? را مي-توان به عنوان هندسه بهينه انتخاب كرد.

Taguchi method has been used since 1980 as an effective way to optimize the design process engineering tests. In this paper, optimal conditions of the mixed convection and entropy generation in a square cavity filled with Cu-water nanofluid is analyzed using Taguchi method. For this purpose an L16 (43) orthogonal Taguchi array is used. Discretization of the governing equations was achieved through a finite volume method and solved with SIMPLE algorithm. The effect of Richardson number (0.1-100 ), the volume fraction of copper nanoparticles (0-10%) and the wavelength of the wavy surface (0- 1) as effective parameters for analysis in four levels are considered. This analysis was performed for fixed Grashof number 1.4. The results show that the mean Nusselt number decreases by increase of the Richardson number, the volume fraction of nanoparticles and the wavelength of the wavy surface. It is found that the Flat plate (for wavy surface with the wavelength 0) and the volume fraction 0% in the Richardson number 0.1 is optimal design for heat transfer while the geometry with ?=5%, Ri=100 and ?=0.25 is optimal design for entropy generation. Finally for maximum heat transfer and minimum entropy generation the geometry with ?=0%, Ri =1 and ?=0.25 can be considered as an optimal design.