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

متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته : مهندسی مکانیک

گرایش : تبدیل انرژی

عنوان : تحلیل عددی رفتار انواع نانوسیال در حفره ­های بلند

دانشگاه مازندران

دانشکده مکانیک

پایان نامه کارشناسی ارشد

گرایش تبدیل انرژی

عنوان:

تحلیل عددی رفتار انواع نانوسیال در حفره­ های بلند

استاد راهنما:

دکتر علی­ اکبر رنجبر

استاد مشاور:

دکتر سید فرید حسینی­زاده

مهندس عباس رامیار

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)فهرست مطالب:فصل اول: مقدمه 1-1- جابجایی طبیعی..................................................... 11-2- نانوسیال................................................................ 31-3- تولید نانوسیال......................................................... 51-4- پارامترهای انتقال حرارت در نانوسیالات......................... 61-4-1- انباشتگی ذرات..................................................... 61-4-2- نسبت حجمی ذرات نانو......................................... 71-4-3- حرکت براونی....................................................... 81-4-4- ترمو فرسیس........................................................ 81-4-5- اندازه نانوذرات....................................................... 91-4-6- شکل نانوذرات....................................................... 91-4-7- ضخامت لایه سیال بین ذرات نانو.............................. 101-4-8- دما..................................................................... 111-4-9- کاهش در ضخامت لایه مرزی گرمایی......................... 121-5- ویژگی­های تحقیق حاضر................................................ 12فصل دوم: روشهای مدلسازی جریان نانوسیال و بررسی کارهای انجام شده در این زمینه2-1- روشهای مدلسازی جریان نانوسیال............................... 142-2- تعریف مسئله........................................................... 172-3- فیزیک جریان آرام داخل حفره........................................ 182-4- کارهای انجام شده در زمینه شبیه­سازی جریان جابجایی طبیعی در نانوسیال.....202-4-1- کارهای انجام شده در زمینه خواص نانوسیال............... 202-4-1-1- روابط تئوری ارائه شده در زمینه ضریب رسانش حرارتی موثر نانوسیال...202-4-1-2- روابط تئوری ارائه شده در زمینه ویسکوزیته نانوسیال...212-4-1-3- کارهای تجربی انجام شده در زمینه ضریب رسانش حرارتی موثر نانوسیال...212-4-1-4- کارهای تجربی انجام شده در زمینه ویسکوزیته موثر نانوسیال....222-4-2- کارهای انجام شده در زمینه انتقال حرارت در نانوسیال.......232-4-2-1- کارهای تجربی انجام شده در زمینه انتقال حرارت در نانوسیال....232-4-2-2- کارهای عددی انجام شده در زمینه انتقال حرارت در نانوسیال در داخل حفره­ی مربعی...24فصل سوم: معادلات حاکم و گسسته سازی آن­ها3-1- فرض پیوستگی.................................................. 253-2- معادلات حاکم بر رژیم آرام سیال خالص................... 263-3- خواص نانوسیال.................................................. 263-4- معادله بقاء جرم برای نانوسیال............................... 273-5- معادله بقاء انرژی برای نانوسیال............................... 283-6- معادله بقاء مومنتم برای نانوسیال (ناویراستوکس)...... 293-7- معادلات مربوط به نانوسیال درتحقیق حاضر................ 303-8- شرایط مرزی و اولیه............................................... 313-9- بی بعد سازی معادلات و عبارت­ها.............................. 313-10- شرایط مرزی و اولیه بی­بعد...................................... 333-11- گسسته سازی معادلات حاکم............................... 333-12- الگوریتم سیمپل................................................. 343-13- شبکه بندی جابجا شده........................................ 38فصل چهارم: بررسی نتایج عددی4-1- تعیین شبکه مناسب.............................................. 434-2- مقایسه­ی نتایج با کارهای انجام شده در  گذشته........ 444-3- نتایج نانوسیال...................................................... 46فصل پنجم: نتیجه ­گیریفعالیتهای پیشنهادی برای آینده........................................ 68مراجع.......................................................................... 69چکیده:افزایش انتقال حرارت و همچنین افزایش راند مان انرژی با توجه به محدودیت منابع طبیعی و کاهش هزینه­ها همواره یکی از اساسی ترین دغدغه­های مهندسین و محققین بوده است. این امر به خصوص در سیالات به دلیل کوچکی ضریب رسانش حرارتی از اهمیت بیشتری برخوردار است. یکی از مهمترین راه­های دستیابی به این امر ،که در سال­های اخیر به آن توجه زیادی شده، افزودن ذرات جامد با رسانش حرارتی بالا در ابعاد نانو می باشد. جریان جابه­جایی طبیعی در داخل حفره، که تنها عامل محرک در آن نیروی شناوری می­باشد، به علت تنوع کاربرد در بخش مهندسی و صنعت،  یکی از پدیده­های مهم به شمار می­آید که بطور گسترده در علم انتقال حرارت مورد مطالعه قرار گرفته است. هدف از این تحقیق بررسی اثر ذرات نانو در انتقال حرارت وجریان سیال و همچنین تاثیر قطر ذرات برآن در حفره قائم­الزاویه با نسبت منظری­ه ای متفاوت (0.1،0.2،0.25،0.5،0.75،1=L/H ) می­باشد. در این تحقیق از دو سیال پایه­ی آب و اتیلن گلیکول و سه نوع نانو ذره­ی جامد مس (Cu)، اکسید تیتانیم (TiO3) و اکسید آلومینیم(Al2O3)برای چهار نسبت حجمی متفاوت ( 0،0.025،0.05،0.1=φ ) استفاده شده است. جریان آرام و در محدوده فرض بوزینسک در نظر شده و نتایج برای سه عدد رایلی 105، 106 و 107 ارائه گردیده است. جهت مدلسازی جریان از الگوریتم سیمپل استفاده شده و نتایج حاصل برای جریان تراکم ناپذیر ارائه گردیده است . به این ترتیب با استفاده از برنامه عددی نوشته شده امکان مدلسازی انتقال حرارت در جریان آرام سیال با استفاده از فرض بوزینسک فراهم گردیده است. نتایج نشان داده است که نانو ذرات معلق در سیال باعث افزایش نرخ انتقال حرارت در هر عدد رایلی و نسبت منظری می­شود. همچنین نتایج نشان داده است که عدد ناسلت ماکزیمم و عدد ناسلت متوسط با افزایش نسبت حجمی ذرات نانو افزایش می­یابند. همچنین بیشترین مقدار ناسلت متوسط برای نانوذره­ی مس (Cu) مشاهده شده است. مقایسه­ی نتایج حاصل از حل جریان با محققان پیشین نشان دهنده­ی همخوانی قابل قبول این نتایج می­باشد.فصل اول: مقدمههدف از انجام این تحقیق شبیه­سازی جریان جابجایی طبیعی نانوسیال است. بر این اساس و به منظور آشنایی بیشتر با ویژگی­های این تحقیق، نیاز به درک بهتر مفاهیم مطرح شده مثل جابجایی طبیعی، خواص نانوسیال و جریان نانوسیال است. این فصل هر یک از مفاهیم فوق را به­طور جداگانه معرفی کرده و ویژگی­ها و پیچیدگی­های آن­ها را به شکل اجمالی مطرح می­نماید.1-1- جابجایی طبیعییکی از مسایل بسیار مهم در مکانیک سیالات حرکت سیالات در طبیعت و صنعت است که مهندسان همه­ روزه با آن سروکار دارند. برخی از جریانات حاصل از جابجایی طبیعی[1] ناشی از نیروی ارشمیدس است. در مبحث انتقال حرارت صفت "طبیعی"، به جریان­هایی اختصاص می­یابد که نتیجه اختلاف چگالی جرمی هستند، درحالیکه وقتی جریان در اثر گرادیان فشار و یا شرایط مرزی سرعت اتفاق می­افتد، جابجایی اجباری[2] اصطلاح مناسب­تری است. بعضی از نویسندگان و محققین، بین جابجایی طبیعی داخلی (در محوطه بسته) و خارجی (اطراف اشیا) دچار اشتباه می­گردند. الگو­های رفتاری این دو متفاوت از هم بوده و دومی جابجایی آزاد[3] نیز نامیده می­شود. اختلاف چگالی در اثر اختلاف فاز، اختلاف غلظت و یا دما ایجاد می­شود. حباب­های بخار در آب نمونه­ای از حالت اول هستند. قانون ارشمیدس بیان می­کند که نیروی خالص به طرف بالا که به حباب وارد می­شود، برابر است با شتاب جاذبه ضرب­ در اختلاف بین جرم جابجا شده از آب و جرم بخار حباب، که این نیروی شناوری باعث بالا رفتن حباب می­شود. حرکت­های نفوذی نمونه­ای از حالت دوم هستند که در آن، طبیعت سعی می­کند غلظت محلول را در جهت ماکزیمم کردن آنتروپی یکسان کند. مسأله­ای که در پیش روست، مثالی برای حالت سوم است که از این به بعد به بررسی آن پرداخته می­شود. به عنوان بخشی از کاربردهای صنعتی و مهندسی و نمونه­های عملی این جریان، می­توان به موارد زیر اشاره کرد: جابجایی هوا و تهویه در داخل بناها و ساختمان­ها، تانکرهای ذخیره مایعات، ساختار سلول­های خورشیدی، خنک کاری تجهیزات الکترونیکی، انتقال حرارت طی رشد کریستال­ها و جریان بین دیواره­های رآکتور هسته­ای.می­دانیم وقتی قسمتی از سیال نسبت به قسمت دیگر گرم­تر باشد، منبسط شده و چگالی آن کم می­شود. به همین دلیل است که گردابه­های حرارتی در اتمسفر و اقیانوس­ها ایجاد می­گردند و یا بالن­هایی که با هوای گرم پر می­شوند، بالا می­روند.  جابجایی­های طبیعی به دو دسته تقسیم می­گردند که هر کدام با الگو­های رفتاری خاصی مشخص می­شوند. اولین دسته که "گرمایش از سطح زیرین"[4] نام دارد، در اثر حرارت دادن یک صفحه زیرین که سیال سردتری در روی آن در جریان است، ایجاد می­گردد. مشخصه اصلی این دسته، وجود ساختارهای بزرگ و منسجم در سیال مانند پلوم­ها[5]، سلول­های حرارتی[6] و سلول­های رایلی-بنارد[7] است. دومین دسته به "گرمایش از کناره­ها"[8] معروفند که صفحه عمودی گرم ساده­ترین مثال این دسته به شمار می­رود. مشخصه اصلی این دسته هم گرادیان­های شدید دما و سرعت در لایه­های مرزی است.امروزه، تحقیقات مکانیک سیالات در این خصوص به دو زمینه مطالعاتی محدود می­شود. زمینه مطالعاتی اول اندازه­گیری تجربی داده­های جریان و دیگری، شبیه سازی عددی معادلات ریاضی حاکم بر جریان است. مطالعه در هر کدام از این زمینه­ها مشکلات مخصوص به خود را دارد. کار تجربی از نااطمینانی­هایی که در شرایط مرزی وجود دارد و همچنین مشکل اندازه واقعی مدل رنج می­برد و معمولا پر هزینه­تر از روش عددی است. هر چند برای اثبات درستی روش عددی و بدست آوردن فرضیات و ثوابت تجربی، روش تجربی همواره لازم است. اما اگر یک مدل عددی برای حالت خاصی به کمک داده­های تجربی تأیید شود، نتایج آن مدل برای حالت­های مشابه نیز قابل استناد است، بدون اینکه برای آن حالت­ها نیاز به هزینه کار تجربی باشد و این نقطه قوت شبیه سازی عددی است.2-1- نانوسیالگرمایش و سرمایش یک سیستم توسط سیال در بسیاری از صنایع مانند صنایع الکترونیک، نیروگاه­ها، دستگاه­های نوری ،آهنرباهای ابر رسانا، کامپیوتر­های فوق سریع، موتورهای ماشین و بسیاری از کارخانجات از اهمیت زیادی برخوردار است. تمامی سیستم­های خنک کننده وگرمایشی بر پایه انتقال حرارت طراحــی می­شوند. با توجه به این امر توسعه تکنیک­های موثر انتقال حرارت با توجه به محدودیت منابع طبیعی و تمایل به کاهش هزینه­ها بسیار ضروری می­باشد. بطور معمول سیستم­های خنک کننده با هوا بیشتر مورد استفاده قرار گرفته و قابل اطمینان­تر هستند. اما زمانیکه نیاز به شار حرارتی[1] بالا و انتقال حرارت سریع وجود دارد، از مایعاتی مانند آب، اتیلن گلیکول و مایعات مناسب دیگر استفاده می­شود که محدودیت حرارتی دارند. سیالات معمول مورد استفاده برای انتقال حرارت دارای ضریب رسانش حرارتی پایین می­باشند، در حالی که فلزات دارای رسانش حرارتی بالاتر از سه برابر اینگونه سیالات می­باشند. بنابراین استفاده از ذرات جامد فلزی و ترکیب آن­ها با اینگونه سیالات برای افزایش ضریب رسانش حرارتی و در نتیجه افزایش راندمان حرارتی بسیار مطلوب به نظر می­رسد.ماکسول در سال 1881[2] [1] برای اولین بار بحث افزایش ذرات جامد به سیال را مطرح کرد و رابطه­ای برای ضریب رسانش حرارتی مخلوط سیال خالص و ذرات جامد ارائه نمود. سالها استفاده از سوسپانسیون سیال و ذرات جامد بسیار کوچک در ابعاد میکرو مورد توجه محققین بوده است. اما این سیالات با ذرات جامد معلق در حد میکرومتر[3] مشکلات فراوانی مانند رسوب گذاری، ناخالصی، خوردگی و افزایش افت فشار و... داشته­اند تا اینکه ابتدا ماسودا و همکاران [2] و سپس چویی [3] ایده نانوسیال[4] را برای اولین بار مطرح نمودند و انقلاب بزرگی در زمینه انتقال حرارت در سیالات پدید آوردند. همچنین به مقدار زیادی خوردگی، ناخالصی و مشکلات افت فشار به دلیل کوچک بودن ذرات کاهش پیدا کرد و از طرفی پایداری برخی سیالات در مقابل رسوب­گذاری بطور چشم­گیری بهبود یافت. نانوتکنولوژی بطور کلی معرف روش جابجایی تک­تک اتم­ها و آرایش آن­ها به صورت دلخواه می­باشد. به همین سبب اندازه و ابعاد کاری این مجموعه بسیار کوچک­اند که البته پیشوند نانو بیانگر حدود این فناوری است. نانوسیال عبارت است از ذرات بسیار ریز جامد در ابعاد بین 1 تا 100 نانومتر[5] معلق در یک سیال پایه. بطور معمول نانوذرات از جنس فلزاتی مانند مس، آلومینیوم، پتاسیم، سیلیسم و اکسیدهای آن­ها و سیالات پایه نیز عمدتا از سیالات با رسانایی پایین مانند آب، اتیلن گلیکول و سیالاتی از این دسته که در صنعت به عنوان هادی انتقال حرارت مورد استفاده قرار می­گیرند، می­باشند. در سال­های اخیر افزایش ذرات جامد به سیال به دلیل افزایش خواص حرارتی سیال و در نتیجه افزایش انتقال حرارت مورد توجه بسیاری از محققین قرار گرفته است. تحقیقات محققین نشان می­دهد که ضریب رسانش حرارتی در نانوسیال حدود 15 تا 40 درصد و راندمان حرارتی حدود 40 درصد نسبت به سیال پایه افزایش می یابد [4].[1] Heat Flux[2] Nano Fluid[3] Micrometer[4] Nano Fluid[5] Nanometer[1] Natural Convection[2] Forced Convection[3] Free Convection[4] Heating-from-below[5] Plumes[6] Thermal Cells[7] Rayleigh-Benard[8] Heating-from-the-sideتعداد صفحه : 95قیمت : 14000تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        09309714541 (فقط پیامک)        info@arshadha.ir

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.

--  -- --

مطالب مشابه را هم ببینید

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید