پایان نامه ارشد: انتقال حرارت جابه¬جایی اجباری نانوسیال غیرنیوتنی تحت جریان مغشوش در میکرولوله

متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته :مهندسی مکانیک

گرایش :تبدیل انرژی

عنوان : انتقال حرارت جابه¬جایی اجباری نانوسیال غیرنیوتنی تحت جریان مغشوش در میکرولوله

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد خمینی­شهر

دانشکده مکانیک

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد M.Sc

مهندسی مکانیک – گرایش تبدیل انرژی

انتقال حرارت جابه­جایی اجباری نانوسیال غیرنیوتنی تحت جریان مغشوش در میکرولوله

استاد راهنما:

دکتر بابک مهماندوست

استاد مشاور:

دکتر داود طغرایی

زمستان 93

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:

در این تحقیق، جریان مغشوش یک نانوسیال غیرنیوتنی در یک میکروکانال با مقطع دایره­ای شبیه­سازی شده است. ابتدا انواع طبقه‌بندی میکروکانال­ها، روش­های ساخت میکروکانال­ها و همچنین مزایا و چالش­های استفاده از میکروکانال­ها بیان شده است. در ادامه مدل‌های مختلف در توصیف رفتار سیالات غیرنیوتنی و سپس مفهوم نانوسیال، نحوه تولید نانوذرات و تهیه نانوسیال، مدل‌های مختلف برای بیان خواص ترموفیزیکی نانوسیال­ها از قبیل چگالی، ضریب گرمایی ویژه، ضریب هدایت حرارتی و لزجت دینامیکی تشریح شده است. همچنین مدل‌های مناسب برای استفاده در این تحقیق انتخاب شده‌اند. با استفاده از نرم‌افزار CFX، معادلات بقای جرم، بقای مومنتم و بقای انرژی برای جریان مغشوش سیال غیرنیوتنی محلول آبی 5/0 درصد وزنی کربوکسی متیل سلولز و همچنین برای نانوسیال حاوی ذرات اکسید مس در سیال غیرنیوتنی مذکور حل شده است. میدان‌های سرعت، فشار و دمای نانوسیال­ها به دست آمده­اند و با تحلیل نتایج ضریب انتقال حرارت جابه­جایی و عدد ناسلت نانوسیال­ها محاسبه شده­اند. همچنین اثرات کسر حجمی یا غلظت نانوذرات، عدد رینولدز و قطر نانوذرات بر نتایج بررسی شده­اند که بیانگر افزایش ضریب انتقال حرارت جابه­جایی و عدد ناسلت با استفاده از نانوسیال غیرنیوتنی نسبت به سیال غیرنیوتنی پایه است. یک رابطه مستقیم بین این افزایش با کسرحجمی نانوذرات و عدد رینولدز وجود دارد. همچنین با کاهش قطر نانوذرات، ضریب انتقال حرارت جابه­جایی افزایش می‌یابد.

 

کلیدواژه‌ها: میکروکانال، نانوسیال، غیرنیوتنی، انتقال حرارت جابه­جایی، جریان مغشوش، عدد ناسلت

 

 

 

 

 

فهرست مطالب
عنوان  صفحه
فهرست مطالبهفت
فهرست جدول­هاده
فهرست شکل­هایازده
فهرست علائمسیزده
فصل اول- مقدمه1
1-1 میکروکانال­ها2
1-2 تغییر خاصیت رئولوژیکی سیال2
1-3 مواد افزودنی به مایعات2
فصل دوم-میکروکانال­ها4
2-1 چکیده4
2-2 تاریخچه میکروکانال­­ها5
2-3 معرفی میکروکانال­ها5
2-4 طبقه‌بندی میکروکانال­ها و مینی­کانال­ها6
2-5 مزایا و چالش­های میکروکانال­ها7
2-6 روش‌های ساخت میکروکانال­ها8
2-6-1 فناوری متداول9
2-6-2 تغییر شکل میکرو9
2-6-3 اره کردن میکرو (برش‌کاری میکرو)10
2-6-4 تکنولوژی مدرن10
2-6-5 MEMS (سیستم میکرو الکترومکانیک)10
2-6-6 ماشین‌کاری میکرو لیزر10
2-7 جریان تک فاز در میکروکانال­ها11
2-8 روابط افت فشار11
2-9 روابط انتقال حرارت13
2-9-1 جریان مغشوش13
2-10 کاربردهای میکروکانال­ها14
فصل سوم- سیالات غیر نیوتنی15
3-1 طبقه‌بندی سیالات غیر نیوتنی15
3-1-1 سیالات غیر نیوتنی مستقل از زمان16
3-1-2 مدل قاعده توانی18
3-1-3 مدل کراس18
3-1-4 مدل کارئو19
3-1-5 مدل الیس19
3-1-6 سیالات غیر نیوتنی تابع زمان19
3-1-7 سیالات ویسکوالاستیک21
فصل چهارم- نانوسیالات22
4-1 مفهوم نانوسیالات22
4-2 مزایای نهان نانوسیال24
4-3 تهیه نانوسیال26
4-4 خواص ترموفیزیکی نانوسیالات28
4-4-1 چگالی28
4-4-2 گرمای ویژه28
4-4-3 لزجت29
4-4-4 ضریب هدایت حرارتی31
4-5 فناوری نانو37
4-6 تولید نانوذرات38
4-6-1 فرآیندهای حالت بخار38
4-6-2 فرآیند حالت مایع و حالت جامد39
4-6-3 تولید نانوذرات با استفاده از روش سیال فوق بحرانی40
4-7 نانولوله­ها41
4-8 انتقال حرارت جابه­جایی در نانوسیالات42
4-8-1 جابه­جایی اجباری در نانوسیالات43
4-8-2 مدل‌های ریاضی تعیین ضریب انتقال حرارت جابه­جایی نانوسیالات43
4-8-3 انتقال حرارت جابه­جایی طبیعی47
فصل پنجم- اغتشاش48
5-1 مقدمه48
5-2 ویژگی­های جریان اغتشاشی سیالات50
5-3 مدل‌های اغتشاشی51
5-3-1 مدل k-e51
5-3-2 استفاده از تابع جریان در مدل k-e برای اعداد رینولدز بالا52
5-3-3 مدل k-e در اعداد رینولدز پایین53
5-3-4 مدل  RNG53
5-3-5 مدل k-w54
5-3-6 مدل تنش رینولدزی (RSM)55
فصل ششم- مطالعات آزمایشگاهی، عددی و تئوریک56
6-1 مقدمه56
6-2 مطالعات آزمایشگاهی57
6-3 مطالعات تئوریک60
6-4 مطالعات عددی63
فصل هفتم- بیان مسئله67
7-1 مقدمه67
7-2 تشریح مسئله68
7-3 تعیین خواص ترموفیزیکی نانوسیال69
7-4 استقلال شبکه و تعیین شرایط مرزی71
فصل هشتم- نتایج73
8-1 محاسبه خواص ترموفیزیکی نانوسیال73
8-2 محاسبه ضریب انتقال حرارت جابه­جایی و عدد ناسلت74
8-3 اعتبار سنجی77
8-4 محاسبه ضریب انتقال حرارت جابه­جایی  و عدد ناسلت سیال غیرنیوتنی پایه78
8-5 تأثیر غلظت نانوذرات بر ضریب انتقال حرارت جابه­جایی و عدد ناسلت80
8-6 تأثیر اندازه نانوذرات بر ضریب انتقال حرارت جابه­جایی86
8-7 تأثیر عدد رینولدز بر ضریب انتقال حرارت جابه­جایی نانوسیال و عدد ناسلت89
فصل نهم- جمع‌بندی و پیشنهاد‌ها93
9-1 جمع‌بندی93
9-2 پیشنهاد‌ها94
مراجع95
Abstract103
فهرست جدول­ها
عنوانصفحه
جدول 2-1 روش‌های ساخت میکروکانال­ها8
جدول 2-2 خلاصه‌ای از برخی از روش‌های ساخت میکروکانال­ها9
جدول 2-3 مقادیر مشخصه جریان آرام در کانال‌های مدور و غیر مدور13
جدول 4-1 مدل‌های لزجت برای نانوسیالات30
جدول 4-2 تعیین متغیرb برای استفاده در رابطه (4-14)33
جدول 5-1 تاریخچه مختصر از شخصیت­ها و نظریات تأثیرگذار49
جدول 7-1 رینولدز بحرانی در میکروکانال­های مدور68
جدول 7-2 استقلال شبکه71
جدول 8-1 خواص ترموفیزیکی محاسبه شده برای نانوسیال موردتحقیق74
جدول 8-2 ضریب و اندیس قاعده توانی در غلظت‌های موردنظر74
جدول 8-3 مقایسه عدد ناسلت میانگین سیال نیوتنی آب به دو روش در رینولدزهای متفاوت78

 

 

فهرست شکل­ها
عنوان  صفحه
شکل 31 منحنی­های تنش برشی در برابر نرخ برش برای سیالات مستقل از زمان17
شکل 32 منحنی­های تنش برشی در برابر نرخ برش برای سیالات غیر نیوتنی تابع از زمان21
شکل 4-1 ضریب هدایت حرارتی بعضی از مواد24
شکل 7-1 دامنه حل و هندسه جریان69
شکل 7-2 شبکه­بندی در راستای شعاع و راستای طول71
شکل 8-1 تغییرات دماهای دیواره و میانگین سیال غیرنیوتنی پایه در رینولدز 600075
شکل 8-2 تغییرات دماهای دیواره و میانگین نانوسیال غیرنیوتنی حاوی ذرات اکسید مس با درصد غلظت 5/1 و اندازه 100 نانومتر در رینولدز 600076
شکل 8-3 تغییرات دماهای دیواره و میانگین سیال غیرنیوتنی پایه و نانوسیال غیرنیوتنی در رینولدز 600077
شکل 8-4 تغییرات ضریب انتقال حرارت موضعی سیال غیرنیوتنی پایه در طول لوله و اثر عدد رینولدز79
شکل 8-5 تغییرات عدد ناسلت موضعی سیال غیرنیوتنی پایه در سه رینولدز مختلف80
شکل 8-6 اثر غلظت ذرات و عدد رینولدز بر ضریب انتقال حرارت جابه­جایی میانگین برای ذرات با اندازه 25 نانومتر80
شکل 8-7 اثر غلظت ذرات و عدد رینولدز بر ضریب انتقال حرارت جابه­جایی میانگین برای ذرات با اندازه 50 نانومتر81
شکل 8-8 اثر غلظت ذرات و عدد رینولدز بر ضریب انتقال حرارت جابه­جایی میانگین برای ذرات با اندازه 100 نانومتر82
شکل 8-9 اثر غلظت ذرات و عدد رینولدز بر عدد ناسلت میانگین برای ذرات با اندازه 25 نانومتر83
شکل 8-10 اثر غلظت ذرات و عدد رینولدز بر عدد ناسلت میانگین برای ذرات با اندازه 50 نانومتر84
شکل 8-11 اثر غلظت ذرات و عدد رینولدز بر عدد ناسلت میانگین برای ذرات با اندازه 100 نانومتر85
شکل 8-12 تغییرات ضریب انتقال حرارت جابه­جایی میانگین نسبت به تغییر اندازه نانوذرات در رینولدز 250086
شکل 8-13 تغییرات ضریب انتقال حرارت جابه­جایی میانگین نسبت به تغییر اندازه نانوذرات در رینولدز 450087
شکل 8-14 تغییرات ضریب انتقال حرارت جابه­جایی میانگین نسبت به تغییر اندازه نانوذرات در رینولدز 600088
شکل 8-15 اثر رینولدز بر ضریب انتقال حرارت جابه­جایی موضعی نانوسیال در غلظت 5/0 درصد حجمی ذرات و اندازه 25 نانومتر9089
شکل 8-16 اثر رینولدز بر ضریب انتقال حرارت جابه­جایی موضعی نانوسیال در غلظت 5/0 درصد حجمی ذرات و اندازه 50 نانومتر90
شکل 8-17 اثر رینولدز بر ضریب انتقال حرارت جابه­جایی موضعی نانوسیال در غلظت 5/0 درصد حجمی ذرات و اندازه 100 نانومتر90
شکل 8-18 اثر رینولدز بر عدد ناسلت موضعی نانوسیال در غلظت 5/0 درصد حجمی ذرات و اندازه 25 نانومتر91
شکل 8-19 اثر رینولدز بر عدد ناسلت موضعی نانوسیال در غلظت 5/0 درصد حجمی ذرات و اندازه 50 نانومتر91
شکل 8-20 اثر رینولدز بر عدد ناسلت موضعی نانوسیال در غلظت 5/0 درصد حجمی ذرات و اندازه 100 نانومتر92

 

 

فهرست علائم:

 

علائم:

A- مساحت

Ac– سطح مقطع

Cp– گرمای ویژه در فشار ثابت

dp- اختلاف فشار

dh– قطر هیدرولیکی

dp – قطر ذرات

D- قطر

h- ضریب انتقال گرمای جابجایی

k- ضریب هدایت گرمایی، ضریب قاعده توانی

K- ضریب قاعده توانی

KB– ثابت بولتزمن

L- طول

n- توان قاعده توانی

Nu- عدد ناسلت

NA– عدد آووگادرو

P – فشار

Pe- عدد پکله

Pr- عدد پرانتل

Pw– محیط خیس شده

q– شار حرارتی

Re- عدد رینولدز

Recr– عدد رینولدز بحرانی

T- دما

s– دمای سطح

Tf– دمای میانگین

Tw– دمای دیواره

u- سرعت

um– سرعت میانگین

V- سرعت

 

سمبل­های یونانی:

a- ضریب پخش

l- ثابت لاپلاس، پویش آزاد ملکولی

m- لزجت دینامیکی

r- چگالی

tw– تنش دیواره

j-کسر حجمی نانوذرات

 

اندیس­ها­:

Brownian- براونی

eff- موثر

f- سیال

Gn- گنیلینسکی

nf-  نانوسیال

p- ذرات

 

فصل اول

 

 

 

 

مقدمه

 

در چند دهه اخیر به‌منظور صرفه‌جویی در مصرف انرژی و مواد اولیه و با در نظر گرفتن مسائل اقتصادی و زیست‌محیطی تلاش­های زیادی برای ساخت دستگاه­های تبادل حرارت پربازده صورت پذیرفته است. هدف اصلی کاهش اندازه مبدل حرارتی موردنیاز برای یک بار حرارتی معین و افزایش ظرفیت مبدل­های حرارتی موجود می­باشد. تقاضای جهانی برای دستگاه­های تبادل حرارتی کارآمد، قابل‌اطمینان و اقتصادی مخصوصا در صنایع فرآیندی، تولید الکتریسیته، سیستم­های سرمایش و تهویه مطبوع، مبدل­های حرارتی، وسایل نقلیه و… به سرعت رو به افزایش است. اگر اصول مربوط به روش­های افزایش انتقال حرارت و طراحی دستگاه­های انتقال حرارت با سطح زیاد به‌خوبی شناخته شوند، امکان صرفه‌جویی در مصرف انرژی و کاهش آلودگی محیط‌زیست میسر خواهد بود. روش­های متعددی برای افزایش انتقال حرارت وجود دارند که به دو دسته کلی تقسیم می­شوند.

  • روش­های غیرفعال[1] که نیازی به اعمال نیروی خارجی ندارند.
  • روش­های فعال[2] که نیازمند نیرو با توان خارجی می­باشند.

روش­های غیرفعال شامل استفاده از سطوح گسترده، مبدل­های حرارتی فشرده، مجاری با مقطع غیر مدور، افزایش انتقال حرارت گردابه­ای[3]، تغییر خاصیت رئولوژیکی سیال، میکروکانال­ها، پوشش دهی و پرداخت سطح، استفاده از وسایل جابه‌جاشونده داخل مجرای سیال، استفاده از وسایل چرخاننده جریان، ایجاد انقطاع و شکستگی در جریان، لوله­های مارپیچی، مواد افزودنی به مایعات و گازها هستند. روش­های فعال شامل هم زدن مکانیکی، تراشیدن سطح، سطوح چرخنده، نوسان سطح، نوسان سیال، استفاده از میدان الکتریکی، تزریق و مکش می­باشند. در این مطالعه از روش­های غیرفعال شامل میکروکانال­ها، تغییر خاصیت رئولوژیکی سیال و مواد افزودنی به مایعات برای افزایش انتقال حرارت استفاده خواهد شد.

[1] Passive techniques

[2] Active techniques

[3] Vortex heat transfer enhancement

تعداد صفحه : 129

قیمت : 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