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

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته 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 علی­اکبر رنجبر

 

استاد مشاور

دکتر سید فرید حسینی­زاده

مهندس عباس رامیار

شهریور 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)چکیده :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 منظری­های 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.واژه‌های کلیدی: انتقال حرارت (Heat Transfer)، نانوسِیال (Nanofluid)، تراکم­ناپذیر(Incompressible) ، حفره (Cavity)، نسبت منظری (Aspect ratio)
فهرست مطالب عنوان                                                                                                            شماره صفحه
 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: نتیجه­گیریفعالیتهای پیشنهادی برای آینده.. 68مراجع.. 69
فهرست شکل ها عنوان                                                                                                         شماره صفحه
 شکل 1-1- نمودار تغییرات ضریب رسانش حرارتی نسبت به زمان برای مخلوط آب اکسید مس... 7شکل 1-2- افزایش انباشتگی نانوذرات با افزایــــش زمان برای مخلوط آب اکسید مس (0.1=φ). الف)20 دقیقه ب)60 دقیـــقه ج) 70 دقیقه.. 7شکل 1-3- نمودار تغییرات ضریب رسانش حرارتی نسبت به نسبت حجمی ذرات نانو   8شکل 1-4- نمودار تغییرات ضریب رسانش حرارتی موثر نسبت به نسبت حجمی و اشکال متفاوت نانوذرات برای مخـــــــلوط آب-اکسیدآلومنیم.. 9شکل 1-5- نمودار تغییرات ضریب رسانش حرارتی موثر نسبت به ضخامت لایه سیال پیرامون نانوذرات.. 11شکل 1-6- نمودار تغییرات ضریب رسانش حرارتی موثر نسبت به دما برای مخلوط آلومینیوم- آب.. 11شکل 2-1- نمونه­ای از حجم کنترل (ناحیه سایه­دار) که در آن فرض پیوستگی برقرار است.. 15شکل 2-2- رژیم­های جریان گاز بر پایه­ی نادسن... 17شکل 2-3- هندسه­ی مسئله.. 18شکل 2-4- ساختارهای جریان در رژیم آرام.. 19شکل 3-1- حجم کنترل نانوسیال برای معادله­ی پیوستگی.. 28شکل 3-2- حجم کنترل نانوسیال برای معادله­ی بقاء انرژی.. 28شکل 3-3- نمای کلی عملکرد الگوریتم سیمپل.. 37شکل 3-4- یک صفحه شطرنجی با توزیع فشار غیر یکنواخت.. 38شکل 3-5- طرز قرار گرفتن گره­ها برای جریان دو بعدی.. 40شکل 3-6- سیستم مکان­ها بر اساس شماره گذاری خطوط شبکه و وجوه سلول   41شکل 4-1- پروفیل­های سرعت و دما بی­بعد در برش میانی حفره مربعی بـــــــرای مش­های مختلف (6.2=Pr،106 Ra = و 0.05= φ) 43شکل 4-2- توزیــــــع ناسلت متـــــوسط روی دیواره­ی گــــــترم در نسبت منظری­های مختلف ( 0.71 =Pr  و0= φ الف) 105 Ra =، ب) 106-107 Ra = .. 45شکل 4-3- مقایسه پروفیل دما در برش میانی حفره مربعی(6.2=Pr ، 105- 104=G و 0.05= φ ) 46شکل 4-4- پروفیل­های سرعت و دما بی­بعد در برش میانی حفره مربعی.. 47شکل 4-5- مقایسه خطوط جریان بین سیال خالص و نانوسیال آب در نسبت منظری­های مختلف و0.05= φ. .. ............................................. ... 49شکل 4-6- مقایسه خطوط همدما بین سیال خالص و نانوسیال آب در0.05= φ و نسبت منظری­های مختلف.. . ................................................ 50شکل 4-7- مقایسه تغییرات سرعت ماکزیمم افقی در برش میانی حفره بین سیالات خالص و نانوسیالات آب و اتیلن گلیــکول در 0.05= φ نسبت به تغییرات نسبت منظری   51شکل 4-8- مقایـــــسه تغییرات سرعت ماکزیمم افقی در برش میانی حفره بین نانوسیالات آب و اتیلن گلیــــکول در0.05= φ نسبت به تغییرات نسبت منظری   52شکل 4-9- مقایسه تغییرات سرعت ماکزیمم عمودی در برش میانی حفره بین  سیالات و نانوسیالات آب و اتیلن گلیـــکول در 0.05= φ نسبت به تغییرات نسبت منظری   53شکل 4-10- مقایسه تغییرات سرعت ماکزیمم عمودی در برش میانی حفره بین نانوسیالات آب و اتیلن گلیــــکول در0.05= φ نسبت به تغییرات نسبت منظری   53شکل 4-11- تغییرات ناسلت ماکزیمم برای نانوسیالات آب و اتیلن گلیـکول نسبت به تغییرات نسبت منظری در نسبت حجمی و رایلی­های متفاوت.. 55شکل 4-12-. تغییرات ناسلت ماکزیمم برای سیال خالص و نانوسیال آب و اتیلن گلیکول نسبت به تغییرات نسبت منظری.. 56شکل 4-13- تغییرات ناسلت متوسط نانوسیالات آب و اتیلن گلیـــــــکول نسبت به تغییرات نسبت منظری در نسبت حجمی و نسبت منظری­های محتلف... 58شکل 4-14- تغییرات ناسلت متوسط نانوسیالات آب و اتیلن گلیـــــــکول نسبت به تغییرات نسبت منظری در نسبت حجمی و رایلی­های محتلف.. 59شکل 4-15- تغیـــیرات ناسلت موضعی نانوسیال آب روی دیواره گرم و سرد در هر نسبت منظری و 106=Ra  برای نسبت­های حجمی متفاوت.. 61شکل 4-16- مقایسه­ی تغییرات ناسلت متوسط نانوسیال در 0.1= φ با سیال پایه­ی آب و ذرات نانو مختلف نسبت به تغیـیـــرات نسبت منظری.. 62شکل 4-17- پروفیل­های سرعت و دما­ی بی­بعد در برش میانی حفره مربعی برای قطرها­ی مختلف.. 63 
   فهرست جدول ها عنوان                                                                                                         شماره صفحه
 جدول(4-1)- خواص ترموفیزیکی سیالات و نانوذرات............... 43جدول(4-2)- مقایسه­ی نتایج تحقیق حاضر و نتایج مرجع.......... 44 جدول(4-3)- مقادیر ناسلت متوسط نانوسیال با سیال پایه­ی آب .. 64 جدول(4-4)- مقادیر ناسلت متوسط نانوسیال با سیال پایه­ی اتیلن گلیکول   65لیست علائم و اختصارات  
Lعرض کویتی
Hارتفاع کویتی
ARنسبت منظری ( (L/H
ظرفیت گرمایی ویژه
قطر ذرات نانو
kضریب هدایت حرارتی
Nuعدد ناسلت
gشتاب گرانشی زمین
Prعدد پرنتل
Raعدد ریلی
Grعدد گراشف
Tدما
Sسطح
Pفشار
uمولفه سرعت افقی
vمولفه سرعت عمودی
ترم های چشمه معادله مومنتوم
Tcدمای دیواره گرم
Thدمای دیواره سرد
Uoسرعت مرجع
Vحجم
xمولفه طول افقی
x*مولفه طول افقی بی بعد
yمولفه طول عمودی
Y*مولفه طول عمودی بی بعد
EANافزایش ناسلت متوسط
VFنسبت حجمی ذرات نانو به سیال
نسبت حجمی ذرات نانو به سیال
aنفوذ حرارتی
bنسبت انبساط حجمی
mویسکوزیته دینامیکی مولکولی
nویسکوزیته سینماتیکی
rچگالی
fسیال
sجامد
avgمتوسط
maxماکزیمم
*پارامتر بی­بعد
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 طبیعی

یکی 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.تعداد 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