جابجايي تركيبي نانوسيال آب - اكسيد آلومينيوم در يك محفظه مربعي باز حاوي يك قطعه جامد گرمازا

Mixed Convection of a Water-Al2O3 Nanofluid in an Open Square Cavity, Containing a Solid Body Heat Source

در اين تحقيق انتقال حرارت جابجايي تركيبي نانو سيال آب - اكسيد آلومينيوم در يك محفظه مربعي حاوي يك جسم جامد گرمازا به روش عددي بررسي شده است. نانو سيال با دما و سرعت يكنواخت از گوشه ي پايين و سمت چپ محفظه وارد آن مي شود و به صورت توسعه يافته از گوشه ي بالا و سمت راست محفظه خارج مي شود. جسم جامد قرار گرفته در مركز محفظه، به صورت يكنواخت انرژي توليد مي كند. تمام ديواره هاي محفظه از نظر حرارتي عايق هستند. معادلات ديفرانسيل حاكم با استفاده از روش حجم محدود گسسته شده‌اند و با استفاده از الگوريتم سيمپل حل شده اند. در اين تحقيق اثر پارامترهاي مختلف از قبيل كسر حجمي نانوذرات، عدد ريچاردسون، عدد رينولدز، نسبت منظري و ضريب هدايت حرارتي منبع گرمازا بر روي ميدان جريان و نرخ انتقال حرارت بررسي شده است. نتايج نشان مي دهد كه با افزايش اعداد رينولدز و ريچاردسون عدد نوسلت و نرخ انتقال حرارت افزايش مي‌يابد. تغيير اندازه‌ي ضلع منبع حرارتي باعث تغيير ميدان‌هاي جريان و ميدان دما مي‌شود. افزايش ضريب هدايت حرارتي منبع حرارتي باعث افزايش ميزان انتقال حرارت از منبع گرمازا به نانوسيال مجاور آن مي‌شود. همچنين با افزايش كسر حجمي نانوذرات ، ميزان انتقال حرارت افزايش مي يابد.

In this study, mixed convection of a water-Al2O3 nanofluid was numerically investigated in an open square cavity. All cavity walls were insulated and a solid body heat source was placed at the center of the cavity. The nanofluid enters the cavity with uniform velocity and temperature and leaves it as a fully developed flow. The governing equations were discretized using finite volume method and using Patankar’s SIMPLE algorithm. The effects of relevant parameters, such as Reynolds and Richardson numbers, length ratio (The ratio of the heat source length to the length of the cavity), the source thermal conductivity, and solid volume fraction of the nanoparticles were examined, both from flow field and the heat transfer rate considerations. The results show that the average Nusselt number increases with increase in Reynolds and Richardson numbers. A change in length ratio changes the flow and temperature fields. In addition, Increase of heat source thermal conductivity increases the average Nusselt number. The results also show that thermal performance of cavity is enhanced by increasing solid volume fraction of the nanoparticles.