پایان نامه شبیه سازی عددی جریان جابه جایی اجباری نانوسیال غیرنیوتنی در میکرولوله


وزارت علوم، تحقیقات و فناوری

دانشگاه علوم و فنون مازندران

پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد

رشته مهندسی مکانیک – گرایش تبدیل انرژی

موضوع:

شبیه سازی عددی جریان جابه­جایی اجباری نانوسیال غیرنیوتنی در میکرولوله

استاد راهنما:

پروفسور علی‌اکبر رنجبر

استاد مشاور:

مهندس علی رحیمی قینانی

 

 

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: نانوسیال، سیال غیرنیوتنی، جریان درهم، عدد ناسلت

فهرست مطالب
عنوان  صفحه
فهرست مطالبث
فهرست جدول­هاح
فهرست شکل­هاد
فهرست علائمر
فصل اول- مقدمه و کلیات تحقیق1
1-1 میکروکانال­ها2
1-2 تغییر خاصیت رئولوژیکی سیال3
1-3 مواد افزودنی به مایعات3
1-4 میکروکانال­ها4
1-4-1 چکیده4
1-4-2 تاریخچه میکروکانال­­ها4
1-4-3 معرفی میکروکانال­ها5
1-4-4 طبقه‌بندی میکروکانال­ها و مینی­کانال­ها6
1-4-5 مزایا و چالش­های میکروکانال­ها7
1-4-6 روش‌های ساخت میکروکانال­ها7
1-4-6-1 فناوری متداول9
1-4-6-1-1 تغییر شکل میکرو9
1-4-6-1-2 اره کردن میکرو (برش‌کاری میکرو)9
1-4-6-2 تکنولوژی مدرن10
1-4-6-2-1 MEMS (سیستم میکرو الکترومکانیک)10
1-4-6-2-2 ماشین‌کاری میکرو لیزر10
1-4-7 جریان تک فاز در میکروکانال­ها10
1-4-8 روابط افت فشار11
1-4-9 روابط انتقال حرارت13
1-4-9-1 جریان مغشوش13
1-4-10 کاربردهای میکروکانال­ها13
1-5 سیالات غیر نیوتنی14
1-5-1 طبقه‌بندی سیالات غیر نیوتنی14
1-5-1-1 سیالات غیر نیوتنی مستقل از زمان15
1-5-1-2 مدل قاعده توانی16
1-5-1-3 مدل کراس17
1-5-1-4 مدل کارئو17
1-5-1-5 مدل الیس18
1-5-1-6 سیالات غیر نیوتنی تابع زمان18
1-5-1-7 سیالات ویسکوالاستیک19
1-6 نانوسیالات20
1-6-1 مفهوم نانوسیالات20
1-6-2 مزایای نهان نانوسیال22
1-6-3 تهیه نانوسیال24
1-6-4 خواص ترموفیزیکی نانوسیالات25
1-6-4-1 چگالی26
1-6-4-2 گرمای ویژه26
1-6-4-3 لزجت26
1-6-4-4 ضریب هدایت حرارتی28
1-6-5 فناوری نانو34
1-6-6 تولید نانوذرات35
1-6-6-1 فرآیندهای حالت بخار36
1-6-6-2 فرآیند حالت مایع و حالت جامد37
1-6-6-3 تولید نانوذرات با استفاده از روش سیال فوق بحرانی38
1-6-7 نانولوله­ها39
1-6-8 انتقال حرارت جابه­جایی در نانوسیالات39
1-6-8-1 جابه­جایی اجباری در نانوسیالات40
1-6-8-2 مدل‌های ریاضی تعیین ضریب انتقال حرارت جابه­جایی نانوسیالات41
1-6-8-3 انتقال حرارت جابه­جایی طبیعی45
1- 7 اغتشاش45
1-7-1 مقدمه45
1-7-2 ویژگی­های جریان اغتشاشی سیالات47
1-7-3 مدل‌های اغتشاشی48
1-7-3-1 مدل k-e48
1-7-3-2 استفاده از تابع جریان در مدل k-e برای اعداد رینولدز بالا49
1-7-3-3 مدل k-e در اعداد رینولدز پایین50
1-7-3-4 مدل  RNG50
1-7-3-5 مدل k-w51
1-7-3-6 مدل تنش رینولدزی (RSM)52
فصل دوم- مطالعات آزمایشگاهی، عددی و تئوریک53
2-1 مقدمه54
2-2 مطالعات آزمایشگاهی54
2-3 مطالعات تئوریک57
2-4 مطالعات عددی61
فصل سوم- روش تحقیق64
3-1 مقدمه65
3-2 تشریح مسئله65
3-3 تعیین خواص ترموفیزیکی نانوسیال67
3-4 شبکه‌بندی و تعیین شرایط مرزی69
فصل چهارم- نتایج70
4-1 محاسبه خواص ترموفیزیکی نانوسیال71
4-2 محاسبه ضریب انتقال حرارت جابه­جایی و عدد ناسلت72
4-3 اعتبار سنجی75
4-4 محاسبه ضریب انتقال حرارت جابه­جایی  و عدد ناسلت سیال غیرنیوتنی پایه76
4-5 تأثیر غلظت نانوذرات بر ضریب انتقال حرارت جابه­جایی و عدد ناسلت78
4-6 تأثیر اندازه نانوذرات بر ضریب انتقال حرارت جابه­جایی83
4-7 تأثیر عدد رینولدز بر ضریب انتقال حرارت جابه­جایی نانوسیال و عدد ناسلت86
فصل پنجم- نتیجه‌گیری و پیشنهادات90
5-1 نتیجه‌گیری91
5-2 پیشنهاد‌ات91
منابع و مآخذ93
Abstract100

براي دانلود متن كامل پايان نامه اينجا كليك كنيد