瞬态强制对流传热的数值研究与Nanofluid方管

艾哈迈德。h·阿里¹和Tahseen.A.Al-Hattab²

汽车、部门技术学院纳贾夫,伊拉克纳贾夫,
大学电化学工程系巴比伦,巴比伦,伊拉克

文摘

摘要,瞬态问题的层流强制对流的平方纳米流体在水平管流已经彻底调查使用单一阶段的方法。采用水为基础液,而(氧化铝)和(错)是固体纳米粒子。文献中出现的计算与实验数据验证,得到了良好的协议。结果表明,纳米流体对流换热系数大于液体的基地。传热增强随颗粒体积浓度增加,但它是伴随着增加壁面切应力值。并给出了等温线为各种无效分数和雷诺数。努塞尔特数之间的关系,并介绍了摩擦系数随时间不同雷诺数和纳米颗粒的体积分数。

关键字

瞬态强制对流、方管、层流,NANOFLUID,恒热流

我的介绍。

传热速率的增加是最重要的一个技术为工业和研究目标。同时,降低系统的压力降产生高流体压力下降非常明显。热对流被动可以增强通过改变流几何边界条件或通过增强流体热物理性质。纳米流体是液体,含有沙粒尺寸小于100纳米和悬浮在基础流体,比如水、石油或乙二醇。

二世。相关的工作

纳米流体是最好的应用程序中,流体流经小段落因为纳米粒子是足够小的行为类似于液体的分子。宣,Roetzel的话[1]表明,悬浮体的导热系数可以增加超过20%导致传热速率增加。MaA一±¨ga et al。[2]开发了水动力数值模拟和热特性的层流强制对流流动。结果表明,传热增强,似乎更加明显随着粒子体积浓度的增加是陪同。后,Akbarinia Behzadmehr[3]充分发展nanofluid层流混合对流的数值。他们估计在3 d水平弯管水和氧化铝。他们得出的结论是,纳米粒子体积分数没有直接对二次流的影响,轴向速度和表面摩擦系数。阿克巴里等。[4]提供数值调查充分发展的层流混合对流与单相模型(水+氧化铝)使用。结果说明,纳米粒子的浓度没有显著的二次流的影响,轴向速度剖面和外围平均表面摩擦系数。Izadi等。[5]研究传热机制在环空层流强制对流的nanofluid数值。 They found that the dimensionless axial velocity profile does not significantly change with the nanoparticle volume fraction. But, the temperature profiles are affected by the nanoparticle concentration. He et al.[6] performed Numerical simulations using a single and combined Eulerian and Lagrangian method on the convective heat transfer of aqueous γ-Al2O3 nanofluids flowing through a straight tube under the laminar flow conditions. Lotfi et al[7] submitted Forced convective of a nanofluid that consists of water and Al2O3 in horizontal tubes. Authors reported that "It is clear from the results that the rate of thermal enhancement decreases with the increase of nanoparticles volume concentration". Mansour et al.[8] were studied mixed convection flows in a square lid-driven cavity partially heated. various volume fractions of (Cu, Ag, Al2O3 and TiO2) and results refer to adding alumina will provide highest Nusselt number. And in the same time, using TiO2 will reduce heat transfer enhancement to lest. Farhad Talebi [9] were designed model to simulate numerically a laminar mixed convection flows through a copper–water nanofluid in a square lid-driven cavity. They seem that solid concentration has a positive effect on heat transfer enhancement.

对流换热的实验研究铜/水、措/水和氧化铝/纳米流体报道Zeinali et al . (10、11)。试验装置包括一只一米环形管,这是由6毫米直径铜管内部0.5毫米厚,和32毫米直径外不锈钢管。nanofluid流在内胎而饱和蒸汽进入环形部分,创建了恒壁温条件。

Nassan et al .[12],提出了一种单相模型来研究纳米流体的层流流动和传热特性在一个方形管实验在稳态条件。表明,一个相当大的传热增强通过纳米流体与基液。然而,水nanofluid措/显示更好的传热强化与氧化铝/水nanofluid通过方截面管。Sundar和Sharma[13]的单相湍流对流换热进行了研究氧化铝nanofluid与不同纵横比的圆管纵向条插入。一个有效的增加(达到30.3%)相比,在0.5%浓度和最大雷诺数使用水。

这项研究的主要努力数值调查层流强制对流的瞬态行为与不同浓度的纳米颗粒传热增强,雷诺数。

配置和边界条件问题

图(1)显示了几何配置下考虑。它由一个管的长度(L) Xdirection,而管道的高度和宽度(H), nanofluid被认为是由水和氧化铝或措粒子。均匀的温度和轴向速度的流体进入配置文件在进口部分。管有适当的长度,以获得充分发展概况(速度和热)出口部分。

三世。数学建模

流被认为是牛顿,三维不可压缩的。还假定基液和纳米粒子在热力学平衡,他们在同一速度流。粘性耗散项和热辐射是假定为可以忽略不计。控制方程的三维瞬态层流属性建模为强制对流的常数

连续性方程

四、计算过程

边界和初始条件的控制方程数值求解利用商业软件COMSOL 3.5取决于有限元技术。计算结果的验证是通过比较与Nassan et al。[12]实验纳米流体在方形截面管如图(2)所示,水的热物理性质,铝和铜氧化物中列出表(1)。

诉结果与讨论

决心nanofluid的属性后,离散域和耦合控制方程,初始分配,最后一步无量纲的0.001倍,0.01,0.1和分别为稳定状态。

(2到4)数据显示的温度行为随着时间的推移,不同的值(),在时间轴向距离。温度随着时间的增加能明显显示。里面有一些热门地区管道特别是在角落,指低速度与其他地区相比,由于流体需要足够的时间来相互传递的热量,从墙上。随着时间的走过,散装液体温度逐渐增加,这提高继续直到达到稳态条件。可以看出等温线的地区大多是对称的中心管。此外,以上数据提供一个证明增加()只有解决其余的参数导致总体温度降低。高导热系数和雷诺数的主要原因是加速瞬态随着体积分数的增加。

当地努塞尔特数变异与管道长度不同价值观的雷诺数,施工时间和给定的体积显示在无花果。(5 - 6)。很明显,增加体积增加建设事业积极努塞尔特数在指定Re.努塞尔特数增加的现象称为热导率的增加nanofluid相比的散装液体。初流,墙之间有巨大的温差变化,大部分nanofluid导致ν的最大值。那个小边界层厚度的另一个原因在进口的入口区域,导致高当地ν,热文学士的厚度增加,当地ν减少,达到小变化其价值随着热文学士头的中心通道。

图(7)显示平均努塞尔特数的变化与时间的函数加载粒子,雷诺兹数字实现。可以看出,热怪罪别人加息与纳米粒子的浓度。也比较(a)和(B)如图(7)表明,ν氧化铝nanofluid措nanofluid大于,在指定的再保险和()

同时,提到的数据显示,平均努塞尔特比例减少,随着时间过去,因为在流的开始,纳米粒子的存在变化,提高了温度分布更均匀的这意味着更多的能量转移通过流体与同一时期的基础液。

七世。结论

模型应用于模拟瞬态强制对流的流动Alumina-water和铜oxide-warer nanofluid广场在水平管道在不同雷诺数和纳米颗粒空隙分数。结果表明在给定的雷诺数、固体浓度对传热有同位语影响增强。同样,有一个在传热特性增强,时间转换成流体稳态低于基地。此外,平均努塞尔特数是高度对空隙率的依赖。这一点也观察到计算的无量纲温度。

命名法

一个区域

Cp定压比热容

Dh水力直径

h传热系数

k的热导率

L管长度

H正方形的边长

ν努塞尔特数

p压力

P *无因次压力

Pe沛克莱数

再保险雷诺数

公关Prandtle数量

T温度

t时间

U, V, W无量纲速度组件

u, v, w速度组件

x, y, z笛卡尔坐标

X, Y, Z无量纲坐标

希腊符号

α热扩散率

Φsolid体积分数

μ动态粘度

θ无因次温度

密度ρ

τ无因次时间

下标

男朋友散装液体

w墙

在入口

nf Nanofluid

p粒子

标

*属性无因次标志

缩写

瑞士法郎恒定热流

党卫军稳态

引用

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