شبیه سازی عددی انتقال حرارت جابجایی و افت فشار در جریان نانوسیال درلوله های انحنادار متخلخل با استفاده از مدل مخلوط دو فازی

بررسی جریان سیال از میان محیط متخلخل به علت ساختار منحصربه فرد و کاربرد آن در زمینه های گوناگون مهندسی، نظر بسیاری از محققان را به خود جلب کرده است. انحنادار کردن لوله نیز تاثیر بسزایی در شکل گیری جریان جابجایی ایفا می نماید و اخیرا مورد توجه محققین قرار گرفته است. در این پایان نامه، شبیه سازی عددی انتقال حرارت جابجایی در جریان نانوسیال در لوله های انحنادار متخلخل مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور سه حالت لوله بدون خم، لوله با خم ۹۰ درجه و لوله با خم ۱۸۰ درجه بررسی شده و نتایج آنها با یکدیگر مقایسه شده است. این مدلسازی بصورت سه بعدی و با استفاده از مدل مخلوط دوفازی در نظر گرفته شده است. جریان مورد بررسی بصورت تراکم ناپذیر، پایا، نیوتنی و آرام در نظر گرفته شده و فرض شده که محیط متخلخل اشباع باشد. تمامی دیواره ها بصورت ثابت و با فرض عدم لغزش در نظر گرفته شده است. سرعت و دمای ورودی معلوم می باشد. دیواره های لوله دارای دمای ثابت میباشند و برای مرز خروجی نیز شرط مرزی فشار نسبی صفر در نظر گرفته شده است. بنابراین مسئله مورد نظر با شرایط و فرضیات بیان شده، حل گردیده و پس از اعتبارسنجی مشاهده شده است که انحنادار کردن لوله باعث کاهش ماکزیمم سرعت شده، و میزان توزیع دماهای باالتر در لوله ها و بخصوص در اطراف ناحیه خم و بعد از خم، افزایش یافته است. همچنین مشاهده شده است که تمامی مقادیر ضریب افت فشار، ضریب اصطکاک و عدد ناسلت میانگین در حالت متخلخل بطور چشمگیری بیشتر از حالت بدون تخلخل می باشند. بطوریکه عدد ناسلت در حالت متخلخل، نسبت به حالت بدون تخلخل ، حدود دو برابر می باشد. همچنین این مقادیر در حالت وجود نانوسیال، بیشتر از حالت سیال معمولی می باشند. بطوریکه ضریب افت فشار در نانوسیال حدود ۴۰ درصد بیشتر از سیال معمولی بوده و مقادیر عدد ناسلت در نانوسیال نیز حدود ۳۰ برابر بیشتر از سیال معمولی بوده است. بنابراین با توجه به افزایش ضریب اصطکاک و ضریب فشار، باید توجه داشت زمانی که از مواد متخلخل و یا نانوسیال به عنوان بهبود دهنده انتقال حرارت استفاده میگردد، بایستی عواقبی مانند افت فشار را نیز به طور جدی مدنظر قرار داد و توجه داشت، همانطور که این موارد در بهبود انتقال حرارت نقش فوقالعادهای دارند، می توانند اثرات منفی روی افت فشار داشته باشند.

Keywords:

انتقال حرارت , محیط متخلخل , لوله انحنادار , افت فشار , نانوسیال