توصيفگر ها :
انتقال حرارت , جابجايي طبيعي , نانوسيال , محفظه شيب دار , غلظت نانو ذره , عدد رايلي , عدد ناسلت
چكيده فارسي :
چكيده
جابجايي طبيعي در محفظههاي بسته ازجمله پديدههاي مهم در بسياري از كاربردهاي مهندسي نظير سيستمهاي خنك كاري الكترونيك، مبدلهاي حرارتي، انرژي خورشيدي، ذخيرهسازي حرارتي و تجهيزات تهويه مطبوع است. استفاده از نانو سيالات ميتواند بهعنوان رويكردي نوين موجب بهبود كارايي انتقال حرارت در اين سامانهها شود. ازاينرو، بررسي رفتار حرارتي نانو سيال در محفظههاي شيبدار ميتواند نقش مهمي در طراحي و ارتقاي عملكرد تجهيزات حرارتي داشته باشد.
در اين پژوهش، جابجايي طبيعي نانو سيال درون يك محفظه مربعي شيبدار بهصورت عددي و با استفاده از نرمافزار انسيس فلوينت بررسيشده است. هدف اصلي، تحليل اثر زاويۀ محفظه براي سه زاويه مختلف محفظه (60°،30°،ϴ=0°) و سه مقدار عدد رايلي (104،105،106Ra=) و سه غلظت نانوذره (4%،2%، φ=0%) بر توزيع دما، ساختار جريان و نرخ انتقال حرارت بوده است. شبيهسازيها براي سه زاويۀ محفظه سه عدد رايلي و سه غلظت نانو سيال انجامشده است.
نتايج نشان ميدهد كه زاويۀ محفظه تأثير قابلتوجهي بر الگوي جريان و انتقال حرارت دارد و زاويۀ 30 درجه با ايجاد همراستايي مناسبتر نيروهاي شناوري و افزايش شدت گردش سيال، بيشترين عدد ناسلت را توليد ميكند. بررسي غلظت نانوذره نيز نشان داد كه افزودن مقدار بهينه نانوذره موجب بهبود انتقال حرارت ميشود و غلظت 2 درصد بهترين عملكرد را داشته است؛ درحاليكه غلظتهاي بالاتر مانند 4 درصد به دليل افزايش ويسكوزيته موجب كاهش نسبي جريان و افت جزئي انتقال حرارت ميشود. همچنين افزايش عدد رايلي منجر به تقويت جابجايي طبيعي و افزايش محسوس عدد ناسلت ميگردد. مقايسۀ سيال پايه و نانو سيال نشان داد كه نانو سيال ميتواند انتقال حرارت را نسبت به آب خالص بين 6 تا 9 درصد افزايش دهد.
درمجموع، نتايج نشان ميدهد كه انتخاب زاويۀ مناسب محفظه و غلظت بهينۀ نانوذره ميتواند نقش مهمي در ارتقاي عملكرد حرارتي سيستمهاي مبتني بر جابجايي طبيعي ايفا كند و به طراحي بهينه تجهيزات حرارتي پيشرفته كمك نمايد.
چكيده انگليسي :
Abstract
Natural convection in enclosed cavities is a key phenomenon in many engineering applications such as electronic cooling systems, heat exchangers, solar energy collectors, thermal storage units, and HVAC equipment. The use of nanofluids has emerged as an effective approach to enhance heat transfer performance in such systems. Therefore, investigating the thermal behavior of nanofluids in inclined cavities can significantly contribute to the design and improvement of thermal equipment.
In this study, natural convection of a nanofluid inside an inclined square cavity is numerically investigated using ANSYS Fluent. The main objective is to analyze the effects of inclination angle, Rayleigh number, and nanoparticle concentration on temperature distribution, flow structure, and heat transfer rate. Simulations are carried out for three inclination angles (0∘,30∘,60∘), three Rayleigh numbers (104,105,106), and three nanoparticle concentrations (0%,2%,4%).
The results show that the inclination angle has a significant influence on the flow field and heat transfer. The angle of 30 degrees produces the highest Nusselt number due to better alignment of buoyancy forces and enhanced flow circulation. The investigation of nanoparticle concentration reveals that adding an optimal number of nanoparticles improves heat transfer, with 2% concentration providing the best performance. Higher concentrations such as 4% lead to increased viscosity and reduced flow strength, resulting in a slight decrease in heat transfer. Furthermore, increasing the Rayleigh number strengthens natural convection and substantially increases the Nusselt number. Comparison between the base fluid and the nanofluid indicates that the nanofluid enhances heat transfer by approximately 6–9%.
Overall, the findings demonstrate that selecting an appropriate cavity inclination angle and an optimal nanoparticle concentration plays a key role in improving the thermal performance of natural convection systems and contributes to the optimal design of advanced thermal equipment.