تاثیر دانسیته‌ی ماکزیمم روی جابجایی طبیعی و تولید آنتروپی نانوذرات (نانو سیال) در حلقه‌های استوانه‌ای هم‌مرکز افقی

در این مقاله، انتقال حرارت جابجایی طبیعی و تولید آنتروپی نانوسیال آب مس در نزدیکی حداکثر دانسیته ی آب (فرض نان بوزینسک) در یک حلقه ی استوانه ای هم مرکز افقی و دو بعدی به صورت عددی بررسی شده است. معادلات حاکم بر اساس مدل همگن نان بوزینسک و با استفاده از روش حجم محدود فشار مبنا، روی یک شبکه ی غیر یکنواخت حلقوی شکل مورد حل قرار گرفته شده اند. محاسبات برای ra = 10^5 و درصد حجمی نانو ذرات از 0 تا 0.08 انجام شده است. نتایج عددی به صورت خطوط جریان، خطوط هم دما، بردارهای سرعت و عدد ناسلت میانگین ارائه شده است و همچنین کانتور تولید آنتروپی محلی و متوسط برای بررسی قانو دوم ترمودینامیک بررسی شده است. نتایج بدست آمده نشان داده اند که وارونگی دانسیته و حضور نانوذرات هر دو نقش بسیار مهمی را در ساختار میدان جریان و ویژگی های انتقال حرارت بازی می کنند. می توان نتیجه گرفت که تقریب بوزینسک باعث افزایش نرخ انتقال حرارت متوسط و تولید آنتروپی نسبت به تقریب نان بوزینسک می شود. علاوه بر این، عدد ناسلت میانگین با افزایش ​​درصد حجمی نانوذرات کاهش می یابد. در نهایت، نتایج عددی موجود تایید کننده ی تاثیر وارونگی دانسیته ی آب بر مشخصه ی انتقال حرارت جابجایی بدلیل تشکیل ساختار دوسلولی می‌شود.

Maximum density effect of natural convection and entropy generation of nanoparticle (Nano fluid) in a horizontal concentric cylindrical annulus

Entropy generation and Laminar Natural convection of Cuwater Nano fluid near density maximum of water (nonBoussinesq approximation) in a twodimensional horizontal concentric cylindrical annulus is investigated numerically. The governing equations based on the nonBoussinesq homogenous model are solved on a nonuniform ring type mesh using a pressurebased finite volume method. The calculation is performed for Ra=105 and nanoparticle volume fraction from 0 to 0.08. Numerical results are presented in the terms of streamlines, isotherms, velocity vectors and local and average Nusselt number. Aso contours of local entropy generation and average entropy generation are presented. It is found that the density inversion and the presence of nanoparticles both play a significant role in the flow field structure and heat transfer characteristics. It can be concluded that Boussinesq approximation gives rise to the higher average heat transfer rate and entropy generation as compared to nonBoussinesq approximation. In addition, the average Nusselt number decreases as the volume fraction of nanoparticle increases. Finally, the present numerical results verify the determining effect of the density inversion of water on the convection character because of the formation bicellular structure.