14761

13287

كارشناسي ارشد

تبديل انرژي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

1398

دوازده، 99ص.: مصور (رنگي)،‌جدول، نمودار

احمد سوهانكار

محسن دوازده امامي

احمدرضا پيشه ور،‌ محمدرضا توكلي نژاد

1398/04/24

كتابنامه

مهندسي مكانيك

مهندسي مكانيك

1398/04/25

2548491

1 چکیده هدف از این پژوهش بررسی تاثیر موجدار کردن استفاده از شرایط مرزی لغزش و پرش دمایی و استفاده از سیال آب و نانوسیال آب آلومینا با کسر حجمی 1 3 و 5 درصد روی انتقال حرارت جریان سیال در میکروکانال سه بعدی و مقایسه آن با حالت دوبعدی است در این پژوهش میکروکانال با ارتفاع ورودی 150 100 60 2H و 002 میکرومتر در محدودهی اعداد رینولدز 051 007 جریان آرام با شرط مرزی عدم لغزش و لغزش با طول لغزش 5 2 5 و 01 درصد ارتفاع میکروکانال و شرط مرزی حرارتی دمای سطح ثابت به صورت عددی با استفاده از نرم افزار فلوئنت شبیه سازی شدهاست طول میکروکانال 0212 میکرومتر است که 004 میکرومتر ابتدایی و انتهایی طول ناحیه ورودی و خروجی میباشد و ناحیه موجدار 0231 میکرومتر است که از موج سینوسی برای دیوارهی باالیی و پایینی استفاده شده است طول موج برای هر میکروکانال 022 میکرومتر و ارتفاع موج 02 درصد ارتفاع میکروکانال Aw 0 2 2H در نظر گرفته شدهاست در این پژوهش خواص سیال ثابت تراکم ناپذیر و جریان سیال تک فاز همگن فرض شدهاست نتایج این پژوهش نشان میدهد به طور کلی موجدار کردن دیواره میکروکانال باعث افزایش عدد ناسلت و افزایش افت فشار میشود و استفاده از شرایط مرزی لغزش سرعت و پرش دمایی باعث کاهش افت فشار میشود در میکروکانال با ارتفاع 002 میکرومتر و عدد رینولدز 051 افت فشار در حالت سه بعدی نسبت به حالت دوبعدی 11 درصد افزایش مییابد و متوسط عدد ناسلت تغییر زیادی ندارد همچنین در میکروکانال با ارتفاع 002 میکرومتر و عدد رینولدز 004 اعمال شرط مرزی لغزش 01 درصد باعث کاهش 52 درصدی افت فشار و افزایش 7 3 درصدی عدد ناسلت نسبت به حالت عدم لغزش میشود بیشترین ضریب عملکرد به ازای انحنای سطح و اعمال شرط لغزش در میکروکانال با ارتفاع 002 میکرومتر عدد رینولدز007 و شرط لغزش 01 درصد اتفاق میافتد و مقدار آن 3 1 است استفاده از نانوسیال نشان داد که افزایش کسر حجمی باعث افزایش افت فشار و عدد ناسلت میشود به عنوان مثال در میکروکانال با ارتفاع 002 میکرومتر و عدد رینولدز 003 استفاده از نانوسیال با کسر حجمی 1 3 و 5 درصد به ترتیب باعث افزایش 11 74 و 011 درصد افت فشار و افزایش 01 71 و 82 درصد عدد ناسلت نسبت به سیال پایه میشود به طور کلی در هر میکروکانال افزایش کسر حجمی از صفر تا 1 درصد باعث افزایش ضریب عملکرد و بعد از آن باعث کاهش ضریب عملکرد میشود به عنوان نمونه در میکروکانال با ارتفاع 06 میکرومتر بیشترین ضریب عملکرد به ازای استفاده از نانوسیال و لغزش 01 درصد مربوط به کسر حجمی 1 درصد و مقدار آن 2 1 در عدد رینولدز 051 است و کمترین ضریب عملکرد به ازای استفاده از نانوسیال مربوط به کسر حجمی 5 درصد و مقدار آن 80 1 در عدد رینولدز 007 است در مجموع برای قضاوت در مورد عملکرد یک سیستم حرارتی اثر توام افت فشار و میزان انتقال حرارت که در ضریب عملکرد وارد میشود باید درنظر گرفت که در همه حاالت این ضریب بیشتر از یک است که بیانگر عملکرد مناسب استفاده از نانو سیال است اگرچه میزان افزایش ضریب عملکرد برای کسر حجمی مختلف یکسان نیست اگر در طراحی یک سیستم حرارتی افزایش انتقال حرارت از اولویت مهمتری نسبت به افزایش افت فشار برخوردار باشد استفاده از نانو سیال بجای سیال پایه آب توصیه میشود البته استفاده از سطوح آبگریز در کاهش افت فشار موثر است و توصیه میشود کلمات کلیدی شبیه سازی عددی میکروکانال سه بعدی انحنای دیوار سطوح آبگریز نانوسیال ضریب عملکرد

Numerical study of heat transfer in a three dimensional wavy microchannel with water nanofluid flow and hydrophobic surfaces Javad Zarepour Ahmadabadi j zarepour@me iut ac ir Date of Submission 06 18 2019 Department of Mechanical Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 Iran Degree M Sc Language FarsiSupervisor Ahmad Sohankar asohankar@cc iut ac irAbstract The purpose of this study is to investigate the effects of wavy and hydrophobic surfaces and usingwater nanofluid on the heat transfer and pressure drop The volume fraction of the nanofluid is assumed to be1 3 and 5 while the slip length is considered 2 5 5 and 10 percent of microchannel height The heights ofthe three dimensional microchannels 2H are also assumed as 60 100 150 and 200 m for Reynolds numbersof 150 700 Thermal boundary condition is a constant surface temperature on upper and lower walls The lengthof microchannel is considered as 2120 m where the first and last 400 m are considered as input and outputregions The remaining 1320 m is corrugated using sinusoidal wave for the upper and lower walls Thewavelength of each microchannel and the wave amplitude are 220 m and 20 of microchannel height respectively In this study the properties of fluid are constant and the fluid flow is single phase andincompressible All simulations are performed using the Ansys fluent V16 2 The results show that the surfacewaviness increases the Nusselt number In addition using slip velocity and temperature jump decreases thepressure drop The results also show in a three dimensional microchannel 2H 200 m Re 150 the pressuredrop is increased 11 in compared with two dimensional one while the average Nusselt number has nomeaningful changes In a 2H 200 m and Re 400 microchannel and the slip boundary 10 decreases thepressure drop about 25 and the Nusselt number increases 3 7 in comparison to case with no slip condition The maximum performance coefficient with the value of 1 3 is obtained for a microchannel with 2H 200 m at Re 700 and a slip length of 20 m Furthermore the pressure drop and the Nusselt number increase whennanofluid is employed Overall to analyze the performance of a thermal system the combined effect ofpressure drop and heat transfer rate should be considered In all cases employed this coefficient is greater thanone which show suitability of using nanofluid although the value of increase in the performance coefficientrate are not the same for the different volume fractions In design of a thermal system using the nanofluidinstead of water based fluid is recommended if the increase in heat transfer is more important than increasingthe pressure drop Although using hydrophobic surfaces with nanofluid can reduce the pressure drop sharply Keywords numerical simulation three dimensional wavy microchannel hydrophobicsurfaces nanofluid thermal performance coefficient

احمد سوهانكار

محسن دوازده امامي

احمدرضا پيشه ور،‌ محمدرضا توكلي نژاد