دانلود پایان نامه ارشد : تحلیل عددی رفتار انواع نانوسیال در حفره­ های بلند

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته مکانيک

گرایش : تبديل انرژي

عنوان : تحلیل عددی رفتار انواع نانوسیال در حفره­ های بلند

دانشگاه مازندران

دانشکده مکانيک

 

پايان نامه کارشناسي ارشد

گرايش تبديل انرژي

  عنوان

تحلیل عددی رفتار انواع نانوسیال در حفره­ های بلند

 

استاد راهنما

دکتر علي­اکبر رنجبر

 

استاد مشاور

دکتر سید فرید حسینی­زاده

مهندس عباس رامیار

شهريور ماه 1388

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکيده :

افزايش انتقال حرارت و همچنين افزايش راند مان انرژي با توجه به محدوديت منابع طبيعي و كاهش هزينه­ها همواره يكي از اساسي ترين دغدغه­هاي مهندسين و محققين بوده است. اين امر به خصوص در سيالات به دليل كوچكي ضريب رسانش حرارتي از اهميت بيشتري برخوردار است. يكي از مهمترين راه­هاي دستيابي به اين امر ،كه در سال­هاي اخير به آن توجه زيادي شده، افزودن ذرات جامد با رسانش حرارتي بالا در ابعاد نانو مي باشد. جريان جابه­جايي طبيعي در داخل حفره، که تنها عامل محرک در آن نيروي شناوري مي­باشد، به علت تنوع کاربرد در بخش مهندسي و صنعت،  يکي از پديده­هاي مهم به شمار مي­آيد که بطور گسترده در علم انتقال حرارت مورد مطالعه قرار گرفته است. هدف از اين تحقيق بررسي اثر ذرات نانو در انتقال حرارت وجريان سيال و همچنين تاثير قطر ذرات برآن در حفره قائم­الزاويه با نسبت منظری­هاي متفاوت (0.1،0.2،0.25،0.5،0.75،1=L/H ) مي­باشد. در اين تحقيق از دو سيال پايه­ي آب و اتيلن گليکول و سه نوع نانو ذره­ي جامد مس (Cu)، اکسيد تيتانيم (TiO3) و اکسيد آلومينيم(Al2O3)براي چهار نسبت حجمي متفاوت ( 0،0.025،0.05،0.1=φ ) استفاده شده است. جريان آرام و در محدوده فرض بوزينسک در نظر شده و نتايج براي سه عدد رايلي 105، 106 و 107 ارائه گرديده است. جهت مدلسازي جريان از الگوريتم سيمپل استفاده شده و نتايج حاصل براي جريان تراکم ناپذير ارائه گرديده است . به اين ترتيب با استفاده از برنامه عددي نوشته شده امکان مدلسازي انتقال حرارت در جريان آرام سيال با استفاده از فرض بوزينسک فراهم گرديده است. نتايج نشان داده است که نانو ذرات معلق در سيال باعث افزايش نرخ انتقال حرارت در هر عدد رايلي و نسبت منظري مي­شود. همچنين نتايج نشان داده است که عدد ناسلت ماکزيمم و عدد ناسلت متوسط با افزايش نسبت حجمي ذرات نانو افزايش مي­يابند. همچنين بيشترين مقدار ناسلت متوسط براي نانوذره­ي مس (Cu) مشاهده شده است. مقايسه­ي نتايج حاصل از حل جريان با محققان پيشين نشان دهنده­ي همخواني قابل قبول اين نتايج مي­باشد.

واژه‌هاي کليدي: انتقال حرارت (Heat Transfer)، نانوسِيال (Nanofluid)، تراکم­ناپذير(Incompressible) ، حفره (Cavity)، نسبت منظری (Aspect ratio)

فهرست مطالب

 

عنوان                                                                                                            شماره صفحه

 

فصل اول: مقدمه

1-1- جابجايي طبيعي.. 1

1-2- نانوسيال.. 3

1-3- توليد نانوسيال.. 5

1-4- پارامترهاي انتقال حرارت در نانوسيالات.. 6

1-4-1- انباشتگي ذرات.. 6

1-4-2- نسبت حجمي ذرات نانو.. 7

1-4-3- حرکت براوني.. 8

1-4-4- ترمو فرسيس.. 8

1-4-5- اندازه نانوذرات.. 9

1-4-6- شکل نانوذرات.. 9

1-4-7- ضخامت لايه سيال بين ذرات نانو.. 10

1-4-8- دما.. 11

1-4-9- کاهش در ضخامت لايه مرزي گرمايي.. 12

1-5- ويژگي­هاي تحقيق حاضر.. 12

فصل دوم: روشهاي مدلسازي جريان نانوسيال و بررسي كارهاي انجام شده در اين زمينه

2-1- روشهاي مدلسازي جريان نانوسيال.. 14

2-2- تعريف مسئله.. 17

2-3- فيزيک جريان آرام داخل حفره.. 18

2-4- کارهاي انجام شده در زمينه شبيه­سازي جريان جابجايي طبيعي در نانوسيال   20

2-4-1- کارهاي انجام شده در زمينه خواص نانوسيال.. 20

2-4-1-1- روابط تئوري ارائه شده در زمينه ضريب رسانش حرارتي موثر نانوسيال   20

2-4-1-2- روابط تئوري ارائه شده در زمينه ويسكوزيته نانوسيال.. 21

2-4-1-3- كارهاي تجربي انجام شده در زمينه ضريب رسانش حرارتي موثر نانوسيال   21

2-4-1-4- كارهاي تجربي انجام شده در زمينه ويسكوزيته موثر نانوسيال   22

2-4-2- كارهاي انجام شده در زمينه انتقال حرارت در نانوسيال.. 23

2-4-2-1- كارهاي تجربي انجام شده در زمينه انتقال حرارت در نانوسيال   23

2-4-2-2- كارهاي عددي انجام شده در زمينه انتقال حرارت در نانوسيال در داخل حفره­ي مربعي.. 24

فصل سوم: معادلات حاكم و گسسته سازي آن­ها

3-1- فرض پيوستگي.. 25

3-2- معادلات حاكم بر رژيم آرام سيال خالص.. 26

3-3- خواص نانوسيال.. 26

3-4- معادله بقاء جرم براي نانوسيال.. 27

3-5- معادله بقاء انرژي براي نانوسيال.. 28

3-6- معادله بقاء مومنتم براي نانوسيال (ناويراستوكس).. 29

3-7- معادلات مربوط به نانوسيال درتحقيق حاضر.. 30

3-8- شرايط مرزي و اوليه.. 31

3-9- بي بعد سازي معادلات و عبارت­ها.. 31

3-10- شرايط مرزي و اوليه بي­بعد.. 33

3-11- گسسته سازي معادلات حاكم.. 33

3-12- الگوريتم سيمپل.. 34

3-13- شبکه بندي جابجا شده.. 38

فصل چهارم: بررسي نتايج عددي

4-1- تعيين شبکه مناسب.. 43

4-2- مقايسه­ي نتايج با كارهاي انجام شده در  گذشته.. 44

4-3- نتايج نانوسيال.. 46

فصل پنجم: نتيجه­گيري

فعاليتهاي پيشنهادي براي آينده.. 68

مراجع.. 69

فهرست شکل ها

 

عنوان                                                                                                         شماره صفحه

 

شکل 1-1- نمودار تغييرات ضريب رسانش حرارتي نسبت به زمان براي مخلوط آب اکسيد مس… 7

شکل 1-2- افزايش انباشتگي نانوذرات با افزايــــش زمان براي مخلوط آب اکسيد مس (0.1=φ). الف)20 دقيقه ب)60 دقيـــقه ج) 70 دقيقه.. 7

شکل 1-3- نمودار تغييرات ضريب رسانش حرارتي نسبت به نسبت حجمي ذرات نانو   8

شکل 1-4- نمودار تغييرات ضريب رسانش حرارتي موثر نسبت به نسبت حجمي و اشکال متفاوت نانوذرات براي مخـــــــلوط آب-اکسيدآلومنيم.. 9

شكل 1-5- نمودار تغييرات ضريب رسانش حرارتي موثر نسبت به ضخامت لايه سيال پيرامون نانوذرات.. 11

شكل 1-6- نمودار تغييرات ضريب رسانش حرارتي موثر نسبت به دما براي مخلوط آلومينيوم- آب.. 11

شکل 2-1- نمونه­اي از حجم کنترل (ناحيه سايه­دار) که در آن فرض پيوستگي برقرار است.. 15

شكل 2-2- رژيم­هاي جريان گاز بر پايه­ي نادسن… 17

شكل 2-3- هندسه­ي مسئله.. 18

شكل 2-4- ساختارهاي جريان در رژيم آرام.. 19

شكل 3-1- حجم کنترل نانوسيال براي معادله­ي پيوستگي.. 28

شکل 3-2- حجم کنترل نانوسيال براي معادله­ي بقاء انرژي.. 28

شکل 3-3- نماي کلي عملکرد الگوريتم سيمپل.. 37

شکل 3-4- يک صفحه شطرنجي با توزيع فشار غير يکنواخت.. 38

شکل 3-5- طرز قرار گرفتن گره­ها براي جريان دو بعدي.. 40

شکل 3-6- سيستم مکان­ها بر اساس شماره گذاري خطوط شبکه و وجوه سلول   41

شکل 4-1- پروفيل­هاي سرعت و دما بي­بعد در برش مياني حفره مربعي بـــــــراي مش­هاي مختلف (6.2=Pr،106 Ra = و 0.05= φ) 43

شکل 4-2- توزيــــــع ناسلت متـــــوسط روي ديواره­ي گــــــترم در نسبت منظری­های مختلف ( 0.71 =Pr  و0= φ الف) 105 Ra =، ب) 106-107 Ra = .. 45

شکل 4-3- مقايسه پروفيل دما در برش مياني حفره مربعي(6.2=Pr ، 105- 104=G و 0.05= φ ) 46

شکل 4-4- پروفيل­هاي سرعت و دما بي­بعد در برش مياني حفره مربعي.. 47

شکل 4-5- مقايسه خطوط جريان بين سيال خالص و نانوسيال آب در نسبت منظری­هاي مختلف و0.05= φ. .. ……………………………………… … 49

شکل 4-6- مقايسه خطوط همدما بين سيال خالص و نانوسيال آب در0.05= φ و نسبت منظری­هاي مختلف.. . ………………………………………… 50

شکل 4-7- مقايسه تغييرات سرعت ماکزيمم افقي در برش مياني حفره بين سيالات خالص و نانوسيالات آب و اتيلن گليــکول در 0.05= φ نسبت به تغييرات نسبت منظری   51

شکل 4-8- مقايـــــسه تغييرات سرعت ماکزيمم افقي در برش مياني حفره بين نانوسيالات آب و اتيلن گليــــکول در0.05= φ نسبت به تغييرات نسبت منظری   52

شکل 4-9- مقايسه تغييرات سرعت ماکزيمم عمودي در برش مياني حفره بين  سيالات و نانوسيالات آب و اتيلن گليـــکول در 0.05= φ نسبت به تغييرات نسبت منظری   53

شكل 4-10- مقايسه تغييرات سرعت ماکزيمم عمودي در برش مياني حفره بين نانوسيالات آب و اتيلن گليــــکول در0.05= φ نسبت به تغييرات نسبت منظری   53

شکل 4-11- تغييرات ناسلت ماکزيمم براي نانوسيالات آب و اتيلن گليـکول نسبت به تغييرات نسبت منظری در نسبت حجمي و رايلي­هاي متفاوت.. 55

شکل 4-12-. تغييرات ناسلت ماکزيمم براي سيال خالص و نانوسيال آب و اتيلن گليکول نسبت به تغييرات نسبت منظری.. 56

شکل 4-13- تغييرات ناسلت متوسط نانوسيالات آب و اتيلن گليـــــــکول نسبت به تغييرات نسبت منظری در نسبت حجمي و نسبت منظری­هاي محتلف… 58

شکل 4-14- تغييرات ناسلت متوسط نانوسيالات آب و اتيلن گليـــــــکول نسبت به تغييرات نسبت منظری در نسبت حجمي و رايلي­هاي محتلف.. 59

شکل 4-15- تغيـــيرات ناسلت موضعي نانوسيال آب روي ديواره گرم و سرد در هر نسبت منظری و 106=Ra  براي نسبت­هاي حجمي متفاوت.. 61

شکل 4-16- مقايسه­ي تغييرات ناسلت متوسط نانوسيال در 0.1= φ با سيال پايه­ي آب و ذرات نانو مختلف نسبت به تغيـيـــرات نسبت منظری.. 62

شکل 4-17- پروفيل­هاي سرعت و دما­ي بي­بعد در برش مياني حفره مربعي براي قطرها­ي مختلف.. 63

 

   فهرست جدول ها

 

عنوان                                                                                                         شماره صفحه

 

جدول(4-1)- خواص ترموفيزيکي سيالات و نانوذرات…………… 43

جدول(4-2)- مقايسه­ي نتايج تحقيق حاضر و نتايج مرجع………. 44

 جدول(4-3)- مقادير ناسلت متوسط نانوسيال با سيال پايه­ي آب .. 64

 جدول(4-4)- مقادير ناسلت متوسط نانوسيال با سيال پايه­ي اتيلن گليکول   65

ليست علائم و اختصارات

 

 

L عرض کويتي
H ارتفاع کويتي
AR نسبت منظری ( (L/H
ظرفيت گرمايي ويژه
قطر ذرات نانو
k ضريب هدايت حرارتي
Nu عدد ناسلت
g شتاب گرانشي زمين
Pr عدد پرنتل
Ra عدد ريلي
Gr عدد گراشف
T دما
S سطح
P فشار
u مولفه سرعت افقي
v مولفه سرعت عمودي
ترم هاي چشمه معادله مومنتوم
Tc دماي ديواره گرم
Th دماي ديواره سرد
Uo سرعت مرجع
V حجم
x مولفه طول افقي
x* مولفه طول افقي بي بعد
y مولفه طول عمودي
Y* مولفه طول عمودي بي بعد
EAN افزايش ناسلت متوسط
VF نسبت حجمي ذرات نانو به سيال
نسبت حجمي ذرات نانو به سيال
a نفوذ حرارتي
b نسبت انبساط حجمي
m ويسکوزيته ديناميکي مولکولي
n ويسکوزيته سينماتيکي
r چگالي
f سيال
s جامد
avg متوسط
max ماکزيمم
* پارامتر بي­بعد

مقدمه

هدف از انجام اين تحقيق شبيه­سازي جريان جابجايي طبيعي نانوسيال است. بر اين اساس و به منظور آشنايي بيشتر با ويژگي­هاي اين تحقيق، نياز به درک بهتر مفاهيم مطرح شده مثل جابجايي طبيعي، خواص نانوسيال و جريان نانوسيال است. اين فصل هر يک از مفاهيم فوق را به­طور جداگانه معرفي کرده و ويژگي­ها و پيچيدگي­هاي آن­ها را به شکل اجمالي مطرح مي­نمايد.

1-1- جابجايي طبيعي

يکي از مسايل بسيار مهم در مکانيک سيالات حرکت سيالات در طبيعت و صنعت است که مهندسان همه­ روزه با آن سروکار دارند. برخي از جريانات حاصل از جابجايي طبيعي[1] ناشي از نيروي ارشميدس است. در مبحث انتقال حرارت صفت “طبيعي“، به جريان­هايي اختصاص مي­يابد که نتيجه اختلاف چگالي جرمي هستند، درحاليکه وقتي جريان در اثر گراديان فشار و يا شرايط مرزي سرعت اتفاق مي­افتد، جابجايي اجباري[2] اصطلاح مناسب­تري است. بعضي از نويسندگان و محققين، بين جابجايي طبيعي داخلي (در محوطه بسته) و خارجي (اطراف اشيا) دچار اشتباه مي­گردند. الگو­هاي رفتاري اين دو متفاوت از هم بوده و دومي جابجايي آزاد[3] نيز ناميده مي­شود. اختلاف چگالي در اثر اختلاف فاز، اختلاف غلظت و يا دما ايجاد مي­شود. حباب­هاي بخار در آب نمونه­اي از حالت اول هستند. قانون ارشميدس بيان مي­کند که نيروي خالص به طرف بالا که به حباب وارد مي­شود، برابر است با شتاب جاذبه ضرب­ در اختلاف بين جرم جابجا شده از آب و جرم بخار حباب، که اين نيروي شناوری باعث بالا رفتن حباب مي­شود. حرکت­هاي نفوذي نمونه­اي از حالت دوم هستند که در آن، طبيعت سعي مي­کند غلظت محلول را در جهت ماکزيمم کردن آنتروپي يکسان کند. مسأله­اي که در پيش روست، مثالي براي حالت سوم است که از اين به بعد به بررسي آن پرداخته مي­شود. به عنوان بخشي از کاربردهاي صنعتي و مهندسي و نمونه­هاي عملي اين جريان، مي­توان به موارد زير اشاره کرد:

جابجايي هوا و تهويه در داخل بناها و ساختمان­ها، تانکرهاي ذخيره مايعات، ساختار سلول­هاي خورشيدي، خنک کاري تجهيزات الکترونيکي، انتقال حرارت طي رشد کريستال­ها و جريان بين ديواره­هاي رآکتور هسته­اي.

مي­دانيم وقتي قسمتي از سيال نسبت به قسمت ديگر گرم­تر باشد، منبسط شده و چگالي آن کم مي­شود. به همين دليل است که گردابه­هاي حرارتي در اتمسفر و اقيانوس­ها ايجاد مي­گردند و يا بالن­هايي که با هواي گرم پر مي­شوند، بالا مي­روند.  جابجايي­هاي طبيعي به دو دسته تقسيم مي­گردند که هر کدام با الگو­هاي رفتاري خاصي مشخص مي­شوند. اولين دسته که “گرمايش از سطح زيرين”[4] نام دارد، در اثر حرارت دادن يک صفحه زيرين که سيال سردتري در روي آن در جريان است، ايجاد مي­گردد. مشخصه اصلي اين دسته، وجود ساختارهاي بزرگ و منسجم در سيال مانند پلوم­ها[5]، سلول­هاي حرارتي[6] و سلول­هاي رايلي-بنارد[7] است. دومين دسته به “گرمايش از کناره­ها”[8] معروفند که صفحه عمودي گرم ساده­ترين مثال اين دسته به شمار مي­رود. مشخصه اصلي اين دسته هم گراديان­هاي شديد دما و سرعت در لايه­هاي مرزي است.

امروزه، تحقيقات مکانيک سيالات در اين خصوص به دو زمينه مطالعاتي محدود مي­شود. زمينه مطالعاتي اول اندازه­گيري تجربي داده­هاي جريان و ديگري، شبيه سازي عددي معادلات رياضي حاکم بر جريان است. مطالعه در هر کدام از اين زمينه­ها مشکلات مخصوص به خود را دارد. کار تجربي از نااطميناني­هايي که در شرايط مرزي وجود دارد و همچنين مشکل اندازه واقعي مدل رنج مي­برد و معمولا پر هزينه­تر از روش عددي است. هر چند براي اثبات درستي روش عددي و بدست آوردن فرضيات و ثوابت تجربي، روش تجربي همواره لازم است. اما اگر يک مدل عددي براي حالت خاصي به کمک داده­هاي تجربي تأييد شود، نتايج آن مدل براي حالت­هاي مشابه نيز قابل استناد است، بدون اينکه براي آن حالت­ها نياز به هزينه کار تجربي باشد و اين نقطه قوت شبيه سازي عددي است.

تعداد صفحه : 95

قیمت : 14700 تومان

———–

——-

پشتیبانی سایت :               serderehi@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

--  --