مهدی مهدی چهل خانه - دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اصفهان، اصفهان
مسعود ضیائی راد - دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اصفهان، اصفهان

در این مقاله، جریان اشفته سیال وانتقال حرارت جابجایی ترکیبی آزاد و اجباری نانوسیال آب - آلومینا درون یک لوله افقی با سطح مقطع های دایروی و بیضوی شکل به صورت عددی شبیه سازی شده است. معادلات حاکم بر جریان سیال و انتقال حرارت با استفاده از روش حجم محدود گسسته سازی شده و از مدل های آشفتگی k-ϵ و k-ω-SST برای محاسبه لزجت آشفتگی استفاده شده است. در محاسبه جریان های تحت گرانشف تغییرات چگالی سیال با استفاده از رابطه بوزینسک برحسب دما بیان شده است. همچنین، از مدل دو فازی برای تعیین خواص موثر جریان دو فاز همگن نانوسیال استفاده گردیده است. نتایج هر دو مدل آفتگی بکار رفته برای این، مساله با داده های آزمایشگاهی موجود مقایسه و اعتبارسنجی شده اند. مشاهده می شود که در اعداد رینولدز پایین، دو روش تقریبا نتایجی مشابه، با خطای نسبی پایین دارند، ولی با افزایش عدد رینولدز، خطای مدل آشفتگی k-ϵ استاندارد حدودا ۲۲ درصد در مقابل خطای ۱۳ درصدی مدل k-ω-SST نسبت به داده های تجربی است. لذا استفاده از مدل دوم برای شبیه سازی جریان اشفته ترکیبی در لوله ها پیشنهاد می شود. در این مطالعه همچنین تاثیر افزودن نانوذرات در حالت شار حرارتی ثابت برای جریان دائم در لوله های با مقطع دایروی و بیضوی انجام شده و تغییرات ضریب اصطکاک و عدد ناسلت در اعداد بدون بعد مختلف در نمودارهایی ارائه شده است. علاوه بر آن، ضریب کارایی حرارتی نیز محاسبه و برای مقاطع مختلف رسم شده است. نتایج این بررسی بیانگر عملکرد حرارتی بهتر مقطع بیضوی در جریان اشفته ترکیبی نانوسیال نسبت به جریان مشابه در مقاطع دایروی است.

جابجایی ترکیبی، نانوسیال، ضریب کارایی حرارتی، مقاطع دایروی و بیضوی، مدل دوفازی.