پایان نامه انتقال حرارت جابه¬جایی اجباری نانوسیال غیرنیوتنی تحت جریان مغشوش در میکرولوله


دانشگاه آزاد اسلامی

واحد خمینی­شهر

دانشکده مکانیک

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد M.Sc

مهندسی مکانیک – گرایش تبدیل انرژی

انتقال حرارت جابه­جایی اجباری نانوسیال غیرنیوتنی تحت جریان مغشوش در میکرولوله

استاد راهنما:

دکتر بابک مهماندوست

استاد مشاور:

دکتر داود طغرایی

زمستان 93

 

چکیده:

در این تحقیق، جریان مغشوش یک نانوسیال غیرنیوتنی در یک میکروکانال با مقطع دایره­ای شبیه­سازی شده است. ابتدا انواع طبقه‌بندی میکروکانال­ها، روش­های ساخت میکروکانال­ها و همچنین مزایا و چالش­های استفاده از میکروکانال­ها بیان شده است. در ادامه مدل‌های مختلف در توصیف رفتار سیالات غیرنیوتنی و سپس مفهوم نانوسیال، نحوه تولید نانوذرات و تهیه نانوسیال، مدل‌های مختلف برای بیان خواص ترموفیزیکی نانوسیال­ها از قبیل چگالی، ضریب گرمایی ویژه، ضریب هدایت حرارتی و لزجت دینامیکی تشریح شده است. همچنین مدل‌های مناسب برای استفاده در این تحقیق انتخاب شده‌اند. با استفاده از نرم‌افزار CFX، معادلات بقای جرم، بقای مومنتم و بقای انرژی برای جریان مغشوش سیال غیرنیوتنی محلول آبی 5/0 درصد وزنی کربوکسی متیل سلولز و همچنین برای نانوسیال حاوی ذرات اکسید مس در سیال غیرنیوتنی مذکور حل شده است. میدان‌های سرعت، فشار و دمای نانوسیال­ها به دست آمده­اند و با تحلیل نتایج ضریب انتقال حرارت جابه­جایی و عدد ناسلت نانوسیال­ها محاسبه شده­اند. همچنین اثرات کسر حجمی یا غلظت نانوذرات، عدد رینولدز و قطر نانوذرات بر نتایج بررسی شده­اند که بیانگر افزایش ضریب انتقال حرارت جابه­جایی و عدد ناسلت با استفاده از نانوسیال غیرنیوتنی نسبت به سیال غیرنیوتنی پایه است. یک رابطه مستقیم بین این افزایش با کسرحجمی نانوذرات و عدد رینولدز وجود دارد. همچنین با کاهش قطر نانوذرات، ضریب انتقال حرارت جابه­جایی افزایش می‌یابد.

 

کلیدواژه‌ها: میکروکانال، نانوسیال، غیرنیوتنی، انتقال حرارت جابه­جایی، جریان مغشوش، عدد ناسلت

 

 

 

 

 

فهرست مطالب
عنوان  صفحه
فهرست مطالبهفت
فهرست جدول­هاده
فهرست شکل­هایازده
فهرست علائمسیزده
فصل اول- مقدمه1
1-1 میکروکانال­ها2
1-2 تغییر خاصیت رئولوژیکی سیال2
1-3 مواد افزودنی به مایعات2
فصل دوم-میکروکانال­ها4
2-1 چکیده4
2-2 تاریخچه میکروکانال­­ها5
2-3 معرفی میکروکانال­ها5
2-4 طبقه‌بندی میکروکانال­ها و مینی­کانال­ها6
2-5 مزایا و چالش­های میکروکانال­ها7
2-6 روش‌های ساخت میکروکانال­ها8
2-6-1 فناوری متداول9
2-6-2 تغییر شکل میکرو9
2-6-3 اره کردن میکرو (برش‌کاری میکرو)10
2-6-4 تکنولوژی مدرن10
2-6-5 MEMS (سیستم میکرو الکترومکانیک)10
2-6-6 ماشین‌کاری میکرو لیزر10
2-7 جریان تک فاز در میکروکانال­ها11
2-8 روابط افت فشار11
2-9 روابط انتقال حرارت13
2-9-1 جریان مغشوش13
2-10 کاربردهای میکروکانال­ها14
فصل سوم- سیالات غیر نیوتنی15
3-1 طبقه‌بندی سیالات غیر نیوتنی15
3-1-1 سیالات غیر نیوتنی مستقل از زمان16
3-1-2 مدل قاعده توانی18
3-1-3 مدل کراس18
3-1-4 مدل کارئو19
3-1-5 مدل الیس19
3-1-6 سیالات غیر نیوتنی تابع زمان19
3-1-7 سیالات ویسکوالاستیک21
فصل چهارم- نانوسیالات22
4-1 مفهوم نانوسیالات22
4-2 مزایای نهان نانوسیال24
4-3 تهیه نانوسیال26
4-4 خواص ترموفیزیکی نانوسیالات28
4-4-1 چگالی28
4-4-2 گرمای ویژه28
4-4-3 لزجت29
4-4-4 ضریب هدایت حرارتی31
4-5 فناوری نانو37
4-6 تولید نانوذرات38
4-6-1 فرآیندهای حالت بخار38
4-6-2 فرآیند حالت مایع و حالت جامد39
4-6-3 تولید نانوذرات با استفاده از روش سیال فوق بحرانی40
4-7 نانولوله­ها41
4-8 انتقال حرارت جابه­جایی در نانوسیالات42
4-8-1 جابه­جایی اجباری در نانوسیالات43
4-8-2 مدل‌های ریاضی تعیین ضریب انتقال حرارت جابه­جایی نانوسیالات43
4-8-3 انتقال حرارت جابه­جایی طبیعی47
فصل پنجم- اغتشاش48
5-1 مقدمه48
5-2 ویژگی­های جریان اغتشاشی سیالات50
5-3 مدل‌های اغتشاشی51
5-3-1 مدل k-e51
5-3-2 استفاده از تابع جریان در مدل k-e برای اعداد رینولدز بالا52
5-3-3 مدل k-e در اعداد رینولدز پایین53
5-3-4 مدل  RNG53
5-3-5 مدل k-w54
5-3-6 مدل تنش رینولدزی (RSM)55
فصل ششم- مطالعات آزمایشگاهی، عددی و تئوریک56
6-1 مقدمه56
6-2 مطالعات آزمایشگاهی57
6-3 مطالعات تئوریک60
6-4 مطالعات عددی63
فصل هفتم- بیان مسئله67
7-1 مقدمه67
7-2 تشریح مسئله68
7-3 تعیین خواص ترموفیزیکی نانوسیال69
7-4 استقلال شبکه و تعیین شرایط مرزی71
فصل هشتم- نتایج73
8-1 محاسبه خواص ترموفیزیکی نانوسیال73

براي دانلود متن كامل پايان نامه اينجا كليك كنيد