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 جا به ­جایی 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 جا به ­جایی و عدد ناسلت نانوسیال­ها محاسبه شده ­اند. همچنین اثرات کسر حجمی یا غلظت نانوذرات، عدد رینولدز و قطر نانوذرات بر نتایج بررسی شده ­اند که بیانگر افزایش ضریب انتقال حرارت جا به ­جایی 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 جا به ­جایی 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 ویسكوالاستیك21
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 بهره گرفتن از روش سیال فوق بحرانی40
4-7 نانولوله­ها41
4-8 انتقال حرارت جا به ­جایی در نانوسیالات42
4-8-1 جا به ­جایی اجباری در نانوسیالات43
4-8-2 مدل‌های ریاضی تعیین ضریب انتقال حرارت جا به ­جایی نانوسیالات43
4-8-3 انتقال حرارت جا به ­جایی 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 جا به ­جایی 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 جا به ­جایی و عدد ناسلت80
8-6 تأثیر اندازه نانوذرات بر ضریب انتقال حرارت جابه­جایی86
8-7 تأثیر عدد رینولدز بر ضریب انتقال حرارت جا به ­جایی 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
شكل 31 منحنی­های تنش برشی در برابر نرخ برش برای سیالات مستقل از زمان17
شكل 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 1470075
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 1470076
شکل 8-3 تغییرات دماهای دیواره و میانگین سیال غیرنیوتنی پایه و نانوسیال غیرنیوتنی در رینولدز 1470077
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 جا به ­جایی میانگین برای ذرات با اندازه 25 نانومتر80
شکل 8-7 اثر غلظت ذرات و عدد رینولدز بر ضریب انتقال حرارت جا به ­جایی میانگین برای ذرات با اندازه 50 نانومتر81
شکل 8-8 اثر غلظت ذرات و عدد رینولدز بر ضریب انتقال حرارت جا به ­جایی 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 جا به ­جایی میانگین نسبت به تغییر اندازه نانوذرات در رینولدز 250086
شکل 8-13 تغییرات ضریب انتقال حرارت جا به ­جایی میانگین نسبت به تغییر اندازه نانوذرات در رینولدز 450087
شکل 8-14 تغییرات ضریب انتقال حرارت جا به ­جایی میانگین نسبت به تغییر اندازه نانوذرات در رینولدز 1470088
شکل 8-15 اثر رینولدز بر ضریب انتقال حرارت جا به ­جایی موضعی نانوسیال در غلظت 5/0 درصد حجمی ذرات و اندازه 25 نانومتر9089
شکل 8-16 اثر رینولدز بر ضریب انتقال حرارت جا به ­جایی موضعی نانوسیال در غلظت 5/0 درصد حجمی ذرات و اندازه 50 نانومتر90
شکل 8-17 اثر رینولدز بر ضریب انتقال حرارت جا به ­جایی 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- 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.