شبیه سازی عددی جریان، انتقال حرارت جابجایی آزاد و کسر حجمی نانوذرات داخل حفره ذوزنقه ای با استفاده از مدل بونگیورنو

در این مقاله، جریان همرفتی نانوسیال آب و نانوذرات اکسید آلومینیوم داخل حفره ذوزنقه با استفاده از مدل دوفاز بونگیورنو به صورت عددی شبیه‌سازی شد. اثر تغییر زاویه اضلاع جانبی محفظه ذوزنقه‌ای بر انتقال حرارت، جرم و مومنتوم مورد بررسی قرار گرفته شده است. معادلات حاکم بر مسئله، معادلات مومنتوم، انرژی و انتقال کسر حجمی نانوذرات می‌باشند که به همراه شرایط مرزی به روش حجم محدود و الگوریتم سیمپل حل شده‌اند. برای گسسته‌سازی ترم‌های جابجایی و پخش به ترتیب از الگوهای بالادست و تفاضل مرکزی استفاده شده است. دیواره‌های چپ و راست حفره دمای ثابت داشته و دیواره‌های بالا و پایین عایق حرارتی می‌باشند. زاویه شیب اضلاع جانبی )چپ و راست( مابین 0 ، 30 و 45 درجه و عدد رایلی بین 100 تا 10000 و کسر حجمی نانوذرات از 01 / 0 تا 04 / 0 متغیر می‌باشد. نتایج نشان می‌دهد که در اعداد رایلی پایین به ازای مقدار نانوذرات یکسان، با افزایش زاویه اضلاع از صفر به 45 درجه، عدد نوسلت و به تبع آن انتقال حرارت به میزان متوسط 81 درصد کاهش می‌یابد. از طرفی با افزایش عدد رایلی، برای محفظه در زاویه 30 درجه حالت بهینه حاصل و عدد نوسلت به میزان 5/ 5 درصد، نسبت به محفظه مربعی و 8/ 6 درصد نسبت به حالت 45 درجه افزایش می‌یابد. همچنین نتایج، توزیع نسبتا یکنواختی برای نانوذرات در رایلی‌های بالا در تمامی محفظه‌ها با زاویه اضلاع مختلف نشان می‌دهد.

Numerical Simulation of Flow, Natural Convection and Distribution of Nano Particles inside Trapezoidal Cavity using Buongiorno’s Model

In the present study, natural convection of Al2O3–water nanofluid and nanoparticles local distribution inside the trapezium enclosure has been investigated using nonhomogenous two phase Buongiorno’s model. The governing equations of the problem are momentum, energy and volume fraction of nanoparticles that are solved using the finite volume method and the SIMPLE algorithm. Diffusion and convective terms are discretized using a secondorder central difference and upwind schemes. The left and right walls of cavity are kept at constant temperatures, while the other walls are thermally insulated. Simulations have been carried out for different inclination angles, including 0°, 30°, and 45°, Rayleigh number (102≤Ra≤104) as well as particle average volume fraction ranging from 0.01 to 0.04. Results show that at low Rayleigh number for a specific particle volume fraction, with increasing the inclination angle from zero to 45 degree, the average Nusselt number and heat transfer decreases 81%. On the other hand, optimum results were obtained for the inclination angle of 30 degree. The Nusselt enhancement percent was obtained 5.5 compared to the square enclosure and 6.8 compared to the inclination angle of 45 degrees. Results also showed a uniform distribution for nanoparticles in high Rayleigh numbers and in enclosures with different inclination angles.