جابه‌جايي آزاد آشفته نانوسيال آب- اكسيدآلومينيوم با خواص متغيّر درون يك محفظه با وجود منبع گرم و منبع سرد روي ديواره‌هاي عمودي آن

Natural Convection of Turbulent Al2O3-Water Nanofluid with Variable Properties in a Cavity with a Heat Source and Heat Sink on Vertical Walls

انتقال حرارت جابه جايي طبيعي نانوسيال آب- اكسيدآلومينيوم با خواص متغير در جريان آشفته درون يك محفظه مربعي با منابع حرارتي گرم و سرد برجسته روي ديواره‌هاي عمودي آن به صورت عددي بررسي شده است. لزجت سيال پايه، ضريب هدايت حرارتي و لزجت نانوسيال تابع دما و كسر حجمي نانوذرات مي‌باشند. معادلات حاكم در حالت دو بعدي با استفاده از روش حجم محدود بر مبناي المان محدود گسسته سازي شده‌اند و معيار همگرايي در آنها 10-6 مي‌باشد. براي مدل سازي آشفتگي نيز از مدل k-w-SST استفاده شده است. بر اساس نتايج، مشاهده مي‌شود كه تغيير محل قرارگيري منبع گرم و سرد روي ديواره‌ها و عدد رايلي باعث تغيير الگوي خطوط جريان و هم‌دما مي‌شوند. در اعداد رايلي 107و 108عدد ناسلت متوسط با افزايش كسر حجمي نانوذرات تا 1درصد افزايش و سپس كاهش مي‌يابد. براي بعضي از حالت‌ها عدد ناسلت متوسط نانوسيال نسبت به سيال پايه كمتر مي‌باشد و لذا در هندسه مذكور، به كارگيري نانوسيال براي افزايش انتقال حرارت در اين حالت‌ها مطلوب نمي‌باشد. به ازاي هر دو عدد رايلي 107و ،108كمترين و بيشترين مقدار عدد ناسلت متوسط به ترتيب براي حالت‌هاي بالا- پايين و پايين-پايين رخ مي‌دهد.

Natural convection heat transfer of Al2O3-water nanofluid with variable properties in the turbulent flow inside a cavity with a heat source and heat sink on the vertical walls is studied numerically. Base fluid viscosity, thermal conductivity, and viscosity of nanofluids, are a function of temperature and volume fraction. The governing equations in the two-dimensional space are discretized using the control volume method. Turbulence computations are performed using the k-w-SST model. The results show that change in the placement of heat source and heat sink and Raleigh number have the effect on streamlines and isotherms. For Rayleigh numbers 107 and 108, the Nusselt number increases with increasing volume fraction of nanoparticles to 1%, and then decreases with increasing volume fraction of nanoparticles. Also, for some cases it is observed that the Nusselt number of nanofluids is less than the base fluid and therefore in these cases using nanofluids for enhanced heat transfer is not proposed. For Rayleigh numbers 107 and 108, the least Nusselt number occurs in top-bottom case, and the most Nusselt number occurs in bottom – bottom case.