بررسي خصوصيات ترموفيزيكي نانوسيالات بر پايه آب-اتيلن گليكول با استفاده از روش‌هاي شبيه‌سازي ديناميك مولكولي غيرتعادلي و ديناميك سيالات محاسباتي

A study on the thermophysical properties of water/ethylene glycol based nanofluids using nonequilibrium molecular dynamics and computational fluid dynamics methods

نانوسيال تركيبي است كه با افزودن ذرات در مقياس نانو (100 نانومتر) به يك سيال پايه باهدف بهبود انتقال حرارت حاصل مي‌شود. يكي از كاربردهاي نانوسيالات، استفاده در سيستم‌هاي انتقال حرارتي مانند ترانسفورماتورها و رادياتور اتومبيل مي‌باشد. اين نانوسيالات بايد داراي توانايي بالاي انتقال حرارت و در برخي موارد عايق الكتريكي باشند. در اين پروژه تحقيقاتي در تركيب درصدهاي مختلف اجزا تشكيل‌دهنده ( اكسيد تيتانيوم، اتيلن گليكول و آب)، خواص تأثيرگذار براي نانوسيال به‌منظور بهبود انتقال حرارت مانند هدايت حرارتي، ويسكوزيته و دانسيته توسط روش شبيه‌سازي ديناميك مولكولي غيرتعادلي و مطالعات نظري موردبررسي و بحث قرار مي‌گيرد. داده‌هاي خروجي از شبيه‌سازي‌هاي ديناميك مولكولي به‌عنوان ورودي روش شبيه‌سازي ديناميك سيالات محاسباتي مورداستفاده قرار گرفت تا تأثير تركيب درصدهاي مختلف اجزا تشكيل‌دهنده نانوسيال در ضريب انتقال حرارت موردبررسي قرار گيرد. نتايج به‌دست‌آمده نشان مي‌دهد كه اضافه كردن نانو ذرات به سيال پايه باعث بهبود هدايت حرارتي نانوسيال و همچنين افزايش دانسيته و ويسكوزيته سيال پايه مي‌شود. مطالعات نظري انجام‌گرفته در اين زمينه حاكي از دقت بالاي شبيه‌سازي‌هاي ديناميك مولكولي مي‌باشد. لازم به ذكر است كه روش شبيه‌سازي ديناميك مولكولي غيرتعادلي مي‌تواند به‌عنوان روشي مؤثر و دقيق در بررسي نانوسيالات مورداستفاده قرار گيرد. كد استفاده‌شده در شبيه‌سازي‌هاي رسانش هدايتي، نوع جديد و بهبوديافته‌اي از شبيه‌سازي ديناميك مولكولي غير تعادلي مي‌باشد كه ميزان خطا در شبيه‌سازي‌ها را به مقدار قابل‌توجهي كاهش مي‌دهد. از ديگر مزيت‌هاي اين كد مي‌توان به كاهش چشمگير زمان انجام شبيه‌سازي نسبت به روش‌هاي مشابه اشاره كرد چون شبيه‌سازي‌هاي ديناميك مولكولي نيازمند صرف زمان زياد براي انجام شبيه‌سازي‌ها مي‌باشند.

Nanofluids are engineered by suspending nanoparticles with average sizes below 100 nm in traditional. The ever increasing of thermal loads in such applications requires advanced operational fluid characteristics, for example, high thermal conductivity dielectric oils in transformers and car radiators. These fluids require high thermal conduction, as long as electrical insulation. In the present work the thermophysical and rheological properties of the nanofluids such as thermal conductivity, viscosity and density are obtained from molecular dynamics simulations. These results served as initial data for computational fluid dynamics simulations to calculate heat transfer coefficient. The results show that, adding titanium oxide nanosheet in the base fluid enhanced the thermal conductivity and increased the viscosity and density of the base fluid. The theoretical calculations are confirmed the molecular dynamics simulation results and the simulation methods accuracy. The computational fluid dynamics results show that increasing the amount of titanium oxide nanosheet in the base fluid increases the heat transfer coefficient and increasing ethylene glycol ratio in base fluid leads to lower heat transfer coefficient. Also nonequilibirium molecular dynamics method can use as a effective and accurate method for nanofluids investigation. The coding which used to obtaine the thermal conductivity of nanofluid is a novel and modified type of nonequlibiruim molecular dynamics method. With using this coding the eror persentages of simulations is decreases. The other advantage of this code is reducing the simulation process, becous the molecular dynamics simulations need a long time for processing.