مطالعه تأثير ميدان مغناطيسي بر انتقال حرارت جابجايي طبيعي نانو سيال در محفظه‌ موجي با توزيع دماي غير‌يكنواخت

Effect of magnetic field on natural convection heat transfer of nanofluid in wavy cavity with non-uniform temperature distribution

در مقاله حاضر، انتقال حرارت جابجايي طبيعي نانو سيال آب- اكسيد مس با در نظر گرفتن حركت براوني تحت تأثير ميدان مغناطيسي در محفظه بسته به روش شبكه بولتزمن مورد مطالعه قرار گرفته است. ديواره‌ سمت چپ محفظه داراي هندسه موجي و توزيع دماي غيريكنواخت سينوسي بوده و ديواره سمت راست در دماي ثابت و سرد Tc قرار دارد. ديواره‌هاي افقي بالا و پايين محفظه هر دو صاف و نسبت به عبور حرارت و جرم عايق شده‌اند. به علت تغييرات ناچيز چگالي، از تقريب بوزينسك استفاده شده است كه باعث تأثيرپذيري ميدان هيدروديناميكي از ميدان حرارتي مي‌گردد. براي توابع توزيع چگالي و انرژي از آرايش شبكه D2Q9 استفاده شده است. در اين مقاله اثر پارامترهايي نظير كسر حجمي نانوذرات، عدد رايلي، عدد هارتمن و پارامترهاي هندسي ديواره‌ موجي بر روي ميدان‌هاي جريان و دما مورد بررسي قرار گرفته است. نتايج نشان مي‌دهند كه با افزايش عدد رايلي و افزايش كسر حجمي نانوذرات، عدد ناسلت افزايش ولي با افزايش عدد هارتمن عدد ناسلت كاهش مي‌يابد. بااين‌حال با توجه به عدد رايلي، افزايش عدد هارتمن مي‌تواند سبب تقويت يا تضعيف اثر نانوذرات شود. علاوه بر اين نشان داده شده است كه براي يك عدد رايلي و هارتمن ثابت با تنظيم پارامترهاي هندسه ديواره‌ موجي مي‌توان به يك انتقال حرارت بهينه دست ‌يافت. بيشترين اثر نانوذرات با در نظر گرفتن نقش حركت براوني مشاهده گرديد. درنهايت اين مطالعه مي‌تواند يك ديد كلي براي افزايش انتقال حرارت در محفظه‌هايي با ديواره‌هاي موجي و توزيع دماي سينوسي در معرض ميدان مغناطيسي را فراهم آورد.

In the present paper, natural convection heat transfer of CuO-water nanofluid subjected to a uniform magnetic field within an enclosed cavity considering Brownian motion is studied by adopting the lattice Boltzmann model. The left wavy wall is heated sinusoidally, while the right flat wall is maintained at the constant temperature of Tc. The top and the bottom horizontal walls are smooth and insulated against heat and mass. The variation of density is slight; thus, hydrodynamics and thermal fields equations are coupled using the Boussinesq approximation. The density and energy distribution are both solved by D2Q9 model. In this paper, the influence of pertinent parameters such as solid volume fraction of nanoparticles, Rayleigh number, Hartmann number and wavy-wall geometry parameters on flow and heat transfer fields are investigated. Results show that the heat transfer increases with the increment of Rayleigh number and nanoparticles volume fraction, but it decreases with the increment of the Hartmann number. The enhancement of magnetic field increases or decreases the effect produced by the presence of nanoparticles at different Rayleigh numbers. In addition, it is shown that for a fixed Rayleigh number and Hartmann number, the heat transfer performance depends on tuning the wavy-surface geometry parameters. The greatest effect of nanoparticles is observed by considering the role of Brownian motion. This study can provide useful insight for enhancing the convection heat transfer performance within enclosed cavities with wavy-wall surfaces and sinusoidal temperature distribution under influence of magnetic field.