دلایل تفاوت نتایج مدل‌های یکفازی و دوفازی در انتقال حرارت نانوسیالات: مطالعه موردی جریان درون یک میکروکانال موجی شکل

در این مقاله انتقال حرارت مزدوج نانوسیالات در یک میکروکانال موجی شکل با استفاده از مدل یکفازی به روش همگن و مدل دوفازی به روش اویلریلاگرانژی بصورت عددی بررسی و تفاوت نتایج با استفاده از تحلیل های فیزیکی مطالعه شده است. سیال پایه آب و نانوذرات از دو جنس اکسید آلومینیوم و مس است. غلظت حجمی نانوذرات تا 2% و قطر آنها 100 نانومتر است. معادلات سه بعدی حاکم شامل پیوستگی، ممنتوم و انرژی در سیال از دیدگاه اویلری به روش حجم کنترل (سیمپل) حل شده‌اند. معادلات حاکم بر حرکت و انرژی ذرات نیز به روش لاگرانژی جداسازی و به روش رنگکوتای مرتبه 4 حل شده‌اند. چون در روش لاگرانژی معادلات حرکت در سه بعد و معادله انرژی برای تک‌تک ذرات حل می‌شود، از روش پردازش موازی و با استفاده از ابر کامپیوتر این معادلات حل شده‌اند. نتایج نشان می‌دهند که تحت تاثیر نیروی درگ توزیع ذرات بصورت همگن نیست و این موضوع منشا اختلاف نتایج روش همگن و مدل دوفازی است. توزیع ناهمگن ذرات بر میدانهای سرعت و دما نیز تاثیر می‌گذارد و باعث میشود نتایج حاصل از مدل دوفازی متفاوت از نتایج مدل یکفازی (همگن) شود و در بعضی حالات این اختلاف به حدود 20% نیز می‌رسد.

The Reasons of Differences between one phase and two phase Models of Nanofluids Heat Transfer Characteristics

in this paper, conjugate heat transfer in wavy microchannels filled with nanofluid is studied numerically. Homogeneous singlephase models underestimate the experimental results. Then, nanofluid simulated by twophase model using an EulerianLagrangian approach. Nanofluids are waterCu or waterAl2O3 suspensions with a particle diameter of 100150nm and a volume fraction of up to 2%. The threedimensional governing equations including continuity, NavierStokes and energy equations are solved by the wellknown SIMPLE method. The governing equations for particles are solved by a 4th order RungeKutta algorithm. due to the 3D governing equation four equations includinf velocity components and energy should be solved for all particles. the computer program has been written in parallel processing method (MPI). Then a super computer with several CPU,s should be used. In one phase model there some supposes, one of them is that the velocty and temperature of a particle is equal to the velocity and temperature of its surrounding fluid. But the main suppose is that the particle distribution is homogeneous. Results show that the main reason of difference between the results of Homogeneous singlephase models and twophase model is nonhomogeneous particle distribution in the domain.