رشته مکانیک

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

(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 بهره گرفتن 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 بهره گرفتن 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 مطالب هفت
فهرست جدول­ها ده
فهرست شکل­ها یازده
فهرست علائم سیزده
فصل اول- مقدمه 1
1-1 میکروکانال­ها 2
1-2 تغییر خاصیت رئولوژیکی سیال 2
1-3 مواد افزودنی به مایعات 2
فصل دوم-میکروکانال­ها 4
2-1 چکیده 4
2-2 تاریخچه میکروکانال­­ها 5
2-3 معرفی میکروکانال­ها 5
2-4 طبقه‌بندی میکروکانال­ها و مینی­کانال­ها 6
2-5 مزایا و چالش­های میکروکانال­ها 7
2-6 روش‌های ساخت میکروکانال­ها 8
2-6-1 فناوری متداول 9
2-6-2 تغییر شکل میکرو 9
2-6-3 اره کردن میکرو (برش‌کاری میکرو) 10
2-6-4 تکنولوژی مدرن 10
2-6-5 MEMS (سیستم میکرو الکترومکانیک) 10
2-6-6 ماشین‌کاری میکرو لیزر 10
2-7 جریان تک فاز در میکروکانال­ها 11
2-8 روابط افت فشار 11
2-9 روابط انتقال حرارت 13
2-9-1 جریان مغشوش 13
2-10 کاربردهای میکروکانال­ها 14
فصل سوم- سیالات غیر نیوتنی 15
3-1 طبقه‌بندی سیالات غیر نیوتنی 15
3-1-1 سیالات غیر نیوتنی مستقل از زمان 16
3-1-2 مدل قاعده توانی 18
3-1-3 مدل کراس 18
3-1-4 مدل کارئو 19
3-1-5 مدل الیس 19
3-1-6 سیالات غیر نیوتنی تابع زمان 19
3-1-7 سیالات ویسكوالاستیك 21
فصل چهارم- نانوسیالات 22
4-1 مفهوم نانوسیالات 22
4-2 مزایای نهان نانوسیال 24
4-3 تهیه نانوسیال 26
4-4 خواص ترموفیزیکی نانوسیالات 28
4-4-1 چگالی 28
4-4-2 گرمای ویژه 28
4-4-3 لزجت 29
4-4-4 ضریب هدایت حرارتی 31
4-5 فناوری نانو 37
4-6 تولید نانوذرات 38
4-6-1 فرآیندهای حالت بخار 38
4-6-2 فرآیند حالت مایع و حالت جامد 39
4-6-3 تولید نانوذرات با بهره گرفتن از روش سیال فوق بحرانی 40
4-7 نانولوله­ها 41
4-8 انتقال حرارت جابه­جایی در نانوسیالات 42
4-8-1 جابه­جایی اجباری در نانوسیالات 43
4-8-2 مدل‌های ریاضی تعیین ضریب انتقال حرارت جابه­جایی نانوسیالات 43
4-8-3 انتقال حرارت جابه­جایی طبیعی 47
فصل پنجم- اغتشاش 48
5-1 مقدمه 48
5-2 ویژگی­های جریان اغتشاشی سیالات 50
5-3 مدل‌های اغتشاشی 51
5-3-1 مدل k-e 51
5-3-2 استفاده از تابع جریان در مدل k-e برای اعداد رینولدز بالا 52
5-3-3 مدل k-e در اعداد رینولدز پایین 53
5-3-4 مدل  RNG 53
5-3-5 مدل k-w 54
5-3-6 مدل تنش رینولدزی (RSM) 55
فصل ششم- مطالعات آزمایشگاهی، عددی و تئوریک 56
6-1 مقدمه 56
6-2 مطالعات آزمایشگاهی 57
6-3 مطالعات تئوریک 60
6-4 مطالعات عددی 63
فصل هفتم- بیان مسئله 67
7-1 مقدمه 67
7-2 تشریح مسئله 68
7-3 تعیین خواص ترموفیزیکی نانوسیال 69
7-4 استقلال شبکه و تعیین شرایط مرزی 71
فصل هشتم- نتایج 73
8-1 محاسبه خواص ترموفیزیکی نانوسیال 73
8-2 محاسبه ضریب انتقال حرارت جابه­جایی و عدد ناسلت 74
8-3 اعتبار سنجی 77
8-4 محاسبه ضریب انتقال حرارت جابه­جایی  و عدد ناسلت سیال غیرنیوتنی پایه 78
8-5 تأثیر غلظت نانوذرات بر ضریب انتقال حرارت جابه­جایی و عدد ناسلت 80
8-6 تأثیر اندازه نانوذرات بر ضریب انتقال حرارت جابه­جایی 86
8-7 تأثیر عدد رینولدز بر ضریب انتقال حرارت جابه­جایی نانوسیال و عدد ناسلت 89
فصل نهم- جمع‌بندی و پیشنهاد‌ها 93
9-1 جمع‌بندی 93
9-2 پیشنهاد‌ها 94
مراجع 95
Abstract 103
فهرست جدول­ها
عنوان صفحه
جدول 2-1 روش‌های ساخت میکروکانال­ها 8
جدول 2-2 خلاصه‌ای از برخی از روش‌های ساخت میکروکانال­ها 9
جدول 2-3 مقادیر مشخصه جریان آرام در کانال‌های مدور و غیر مدور 13
جدول 4-1 مدل‌های لزجت برای نانوسیالات 30
جدول 4-2 تعیین متغیرb برای استفاده در رابطه (4-14) 33
جدول 5-1 تاریخچه مختصر از شخصیت­ها و نظریات تأثیرگذار 49
جدول 7-1 رینولدز بحرانی در میکروکانال­های مدور 68
جدول 7-2 استقلال شبکه 71
جدول 8-1 خواص ترموفیزیکی محاسبه شده برای نانوسیال موردتحقیق 74
جدول 8-2 ضریب و اندیس قاعده توانی در غلظت‌های موردنظر 74
جدول 8-3 مقایسه عدد ناسلت میانگین سیال نیوتنی آب به دو روش در رینولدزهای متفاوت 78

 

 

فهرست شکل­ها
عنوان  صفحه
شكل 31 منحنی­های تنش برشی در برابر نرخ برش برای سیالات مستقل از زمان 17
شكل 32 منحنی­های تنش برشی در برابر نرخ برش برای سیالات غیر نیوتنی تابع از زمان 21
شکل 4-1 ضریب هدایت حرارتی بعضی از مواد 24
شکل 7-1 دامنه حل و هندسه جریان 69
شکل 7-2 شبکه­بندی در راستای شعاع و راستای طول 71
شکل 8-1 تغییرات دماهای دیواره و میانگین سیال غیرنیوتنی پایه در رینولدز 14700 75
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 14700 76
شکل 8-3 تغییرات دماهای دیواره و میانگین سیال غیرنیوتنی پایه و نانوسیال غیرنیوتنی در رینولدز 14700 77
شکل 8-4 تغییرات ضریب انتقال حرارت موضعی سیال غیرنیوتنی پایه در طول لوله و اثر عدد رینولدز 79
شکل 8-5 تغییرات عدد ناسلت موضعی سیال غیرنیوتنی پایه در سه رینولدز مختلف 80
شکل 8-6 اثر غلظت ذرات و عدد رینولدز بر ضریب انتقال حرارت جابه­جایی میانگین برای ذرات با اندازه 25 نانومتر 80
شکل 8-7 اثر غلظت ذرات و عدد رینولدز بر ضریب انتقال حرارت جابه­جایی میانگین برای ذرات با اندازه 50 نانومتر 81
شکل 8-8 اثر غلظت ذرات و عدد رینولدز بر ضریب انتقال حرارت جابه­جایی میانگین برای ذرات با اندازه 100 نانومتر 82
شکل 8-9 اثر غلظت ذرات و عدد رینولدز بر عدد ناسلت میانگین برای ذرات با اندازه 25 نانومتر 83
شکل 8-10 اثر غلظت ذرات و عدد رینولدز بر عدد ناسلت میانگین برای ذرات با اندازه 50 نانومتر 84
شکل 8-11 اثر غلظت ذرات و عدد رینولدز بر عدد ناسلت میانگین برای ذرات با اندازه 100 نانومتر 85
شکل 8-12 تغییرات ضریب انتقال حرارت جابه­جایی میانگین نسبت به تغییر اندازه نانوذرات در رینولدز 2500 86
شکل 8-13 تغییرات ضریب انتقال حرارت جابه­جایی میانگین نسبت به تغییر اندازه نانوذرات در رینولدز 4500 87
شکل 8-14 تغییرات ضریب انتقال حرارت جابه­جایی میانگین نسبت به تغییر اندازه نانوذرات در رینولدز 14700 88
شکل 8-15 اثر رینولدز بر ضریب انتقال حرارت جابه­جایی موضعی نانوسیال در غلظت 5/0 درصد حجمی ذرات و اندازه 25 نانومتر90 89
شکل 8-16 اثر رینولدز بر ضریب انتقال حرارت جابه­جایی موضعی نانوسیال در غلظت 5/0 درصد حجمی ذرات و اندازه 50 نانومتر 90
شکل 8-17 اثر رینولدز بر ضریب انتقال حرارت جابه­جایی موضعی نانوسیال در غلظت 5/0 درصد حجمی ذرات و اندازه 100 نانومتر 90
شکل 8-18 اثر رینولدز بر عدد ناسلت موضعی نانوسیال در غلظت 5/0 درصد حجمی ذرات و اندازه 25 نانومتر 91
شکل 8-19 اثر رینولدز بر عدد ناسلت موضعی نانوسیال در غلظت 5/0 درصد حجمی ذرات و اندازه 50 نانومتر 91
شکل 8-20 اثر رینولدز بر عدد ناسلت موضعی نانوسیال در غلظت 5/0 درصد حجمی ذرات و اندازه 100 نانومتر 92

 

 

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- گنیلینسكی

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 :14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

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

پشتیبانی سایت :        *       asa.goharii@gmail.com

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.