معرفی نانوسیال، ویژگی‌ها و روابط حاکم بر خواص آنها

چکیده
در پایان‌نامه حاضر به بررسی انتقال جرم و حرارت نانوسیال آب-اکسید آلومنیوم در محیطی متخلخل دو بعدی و تحت میدان مغناطیسی و در مجاورت دیوار عمودی پرداخته شده است. دیوار مرزی می‌تواند نفوذپذیر و یا نفوذناپذیر باشد. غلظت و دمای سطح دیوار ثابت است و در مجاورت محیطی با دما و غلظت C_∞ و T_∞ قرار دارد. میدان مغناطیسی مفروض ثابت و در جهت عمود بر دیواره و به سمت داخل می‌باشد. به منظور تاثیر حضور نانوذرات در هدایت گرمایی سیال پایه از الگوی کوو و کلینستروئر استفاده شده است که در آن ضریب هدایت گرمایی نانوسیال به صورت تابعی از دمای نانوسیال، قطر نانوذرات و سیال‌پایه،کسر حجمی و اثرات حرکت براونی نانوذرات می‌باشد. با حضور نانوذرات، لزجت دینامیکی نانوسیال نیز طبق رابطه‌ی برینکمن با کسر حجمی متغیر است. انتخاب کسر حجمی نانوذرات در محدوده‌ی φ=0.0 تا φ=0.06 سبب غلظت پایین نانوسیال و حفظ رفتار نیوتنی آن شده است. جریان آرام، تراکم ناپذیر، غیردارسی و آب و نانوذرات در تعادل گرمایی و غلظتی فرض شده‌اند و شرط عدم لغزش بین آن‌ها حاکم است. هنگام اعمال معادلات حاکم بر مسئله از انواع اتلافات حرارتی نظیر اتلافات ویسکوزیته و. . . صرفنظر شده است. پس از تبدیل معادلات PDE منتج از اعمال بقای مومنتوم، انرژی و جرم به کمک حل‌های تشابهی به دستگاه معادلات ODE، به حل دستگاه حاصل به روش رانگ‌گوتای مرتبه چهارم با استفاده از نرم افزار مناسب پرداخته شده است. نتایج نشان می‌دهند ضریب انتقال حرارت با افزایش کسر حجمی نانوذرات اکسیدآلومنیوم، افزایش عدد بویانسی و عدد سورت افزایش می‌یابد و با افزایش عدد گراشف، عدد هارتمن، عدد لوئیس و دوفورکاهش می‌یابد. از طرفی با افزایش کسر حجمی، عدد هارتمن و عدد سورت ضریب انتقال جرم کاهش و با افزایش عدد بویانسی، عدد لوئیس و عدد دوفور ضریب انتقال جرم افزایش می‌‌یابد. همچنین نتایج نشان می‌دهند انتقال جرم و حرارت در محیط متخلخل، در حالت مکشf_w>0، بیشتر از حالت دمش f_w<0یا حالت غیر‌قابل نفوذ f_w=0 است.

کلمات کلیدی:

مقدمه
پیشرفت در صنایع مختلف مانند الکترونیک، خودرو، هوافضا و مانند آن منجر به تولید تجهیزات با اندازه و حجم کوچک و تولید انرژی زیاد حرارتی بر واحد سطح می گردد. با توجه به حجم بالای تولید انرژی حرارتی در این گونه تجهیزات، خنک کاری مناسب در جهت حفظ دمای کاری آن ها در محدوده قابل قبول از اهمیت ویژه ای برخوردار است. به منظور هماهنگی با پیشرفت در این صنایع لازم است که تجهیزات خنک کننده با وزن کم، اندازه کوچک و توانایی انتقال حرارت بالا تولید گردند. درنتیجه، بهینه کردن سیستم های حرارتی همواره مورد توجه محققین بوده است. با افزایش بازده سیستم های حرارتی می توان شار حرارتی بیشتری را در یک ابعاد مشخص منتقل کرد و در نتیجه دمای کاری را پایین آورد و یا می‌توان شار حرارتی مشخصی را با استفاده از یک مبدل حرارتی کوچکتر منتقل کرد. راه های متفاوتی برای افزایش بازدهی یک مبدل حرارتی وجود دارد. به عنوان مثال می توان افزایش سطح، استفاده از هندسه های پیچیده، تولید اغتشاش در جریان سیال و استفاده از سیال عامل مناسب را نام برد.
تاکنون، راه های متفاوتی برای بهبود خواص سیال عامل درون سیستم های حرارتی ارائه شده است. یکی از این راه ها افزودن ذرات فلزی به سیال عامل می باشد. آزمایش ها نشان داده است که ضریب هدایت حرارتی فلزات و اکسید فلزات به ترتیب می تواند 10 تا 100 برابر ضریب هدایت حرارتی سیالات مانند آب و روغن باشد. بنابراین، چنانچه ذرات فلزی به سیالات معمولی اضافه گردند، انتظار می رود که ترکیب حاصله ضریب هدایت حرارتی بسیار بالاتری نسبت به سیال پایه داشته باشد. ماکسول نخستین کسی بود که امکان افزایش هدایت حرارتی یک مخلوط جامد ـ مایع را با افزودن کسر حجمی بیشتر از ذرات جامد، نشان داد. او ذرات در ابعاد میکرو و میلی متر را مورد بررسی قرار داد. اما آن ذرات نسبتا درشت منشأ مشکلات متعددی از قبیل خوردگی، مسدودکردن، افت فشار زیاد و پایداریکم بودند. لذا همواره نیاز به نوع جدیدی از سیال با ضریب هدایت حرارتی بهینه در حالی که از اثرات نامطلوب ناشی از حضور ذرات جامد در آن اجتناب شود، احساس می شد. این نوع جدید سیال که بتواند این نیازهای مهم را برآورده کند ایده ی نانوسیال را تشکیل داد. نانوسیالات، مایعاتی هستند که ذراتی با سایزی معمولاً کمتر از 100 نانومتر به طور یکنواخت و پایدار در آن ها حل شده اند. در سال های اخیر گزارش هایی که به افزایش قابل توجه ضریب هدایت حرارتی سیال با استفاده از غلظت های کم از ذرات نانو در داخل سیال اشاره داشتند، باعث شده است توجه شایانی به نانوسیالات در کاربردهای مختلفی از قبیل مبدل های حرارتی، نیروگاه ها و خنک‌کاری ماشین آلات صورت گیرد. با به کارگیری نانوسیالات و افزایش راندمان حرارتی ناشی از بهبود خواص ترموفیزیکی سیال، امکان کوچک شدن تجهیزات انتقال حرارت فراهم شده است و این روند همواره رو به پیشرفت می باشد.

فهرست مطالب
چکیده

مقدمه

ضریب هدایت حرارتی

سایر خواص نانوسیالات
فهرست منابع
پیوستها