انتقال حرارت در نانو سیالات(4)

ادامه مكانیسم‌های انتقال حرارت در نانو سیالات

2- مكانیسم جابجایی حرارتی

مباحث و تئوریهای ارائه شده در این بخش برای نانو سیالات به مراتب كمتر از مدلهای ارائه شده در قسمت مربوط به مكانیسم هدایت حرارتی می‌باشد و در كل كارهای تحقیقاتی كمتری روی این مكانیسم صورت پذیرفته است. اما به توجه به همین كارهای اندك انجام شده نتایج زیر بر اساس داده‌های آزمایشگاهی بدست آمده است:

- ضریب انتقال حرارت جابجایی در نانو سیالات با توجه به سرعت جریان و جزء حجمی نانو ذرات تغییر كرده و در صورت وجود شرایط یكسان بیشتر ازمقدار مشابه در سیال پایه است.

- به طور مثال در مقایسه با آب، نانو سیال حاوی2% حجمی از ذرات مس دارای افزایش 60 درصدی در ضریب انتقال حرارت جابجایی است.

- ضریب انتقال حرارت جابجایی با توجه به عدد رینولدز و جزء حجمی ذره در سیال افزایش می‌یابد.

به صورت كلی روابط ارائه شده در بخش انتقال حرارت جابجایی در اغلب موارد به صورت تجربی است كه این مسأله در مورد نانو سیالات نیز صدق می‌كند. یعنی تعداد روابط تجربی بیشتر از مدلهای ریاضی ارائه شده در این بخش است. به طور مثال می‌توان به محاسبة عدد بدون بعد ناسلت بر اساس دو رابطة زیر به ترتیب برای جریان آرام و آشفته اشاره نمود كه به طور تجربی به دست آمده‌اند:

در این روابط از اعداد بدون بعد نظیر پكلت، رینولدز و پرانتل استفاده شده است. همچنین ضریب نفوذ حرارتی نانو سیال در رابطة بالا با توجه به تعریف و بر اساس جزء حجمی نانو ذرات بدست می‌آید:

در بیان مدلهای ریاضی 2 روش عمده برای تحلیل افزایش میزان انتقال حرارت مورد توجه است:

1- مدل تك فازی:

در این مدل فاز ذرات و فاز سیال در یك تعادل حرارتی در نظر گرفته می‌شوند كه دارای سرعت یكسان می‌باشند. از مزایای این روش كاهش قابل توجه زمان محاسبات در آن است.

2- مدل دو فازی:

در این روش فرایند انتقال حرارت در 2 فاز مایع و جامد به صورت مجزا مورد بررسی قرار می‌گیرد و از دو تابع مختلف استفاده می‌شود. محاسبات این روش مستلزم بهره‌گیری از كامپیوترهای بسیار پیشرفته و نیز صرف زمان زیاد است.

مدلی كه در اینجا مورد بررسی قرار می‌گیرد در واقع یك مدل تك فازی اصلاح شده برای جریان نانو سیال در لوله است.

معادلة مربوط به انرژی در مختصات استوانه‌ای، در صورتی كه در آن از توزیع دما در جهت صرفنظر شده و همچنین سرعت در جهت محوری و شعاعی استوانه‌ای نیز صفر در نظر گرفته شود به صورت زیر می‌باشد:

در این معادله از فرم استفاده شده است كه دلیل آن در نظر گرفتن اثر وجود نانو ذرات و جزء حجمی آنها در سیال است. در صورتی كه از توزیع دما در جهت محوری هم صرفنظر گردد به معادلة زیر خواهیم رسید: