مطالعه افزایش ضریب انتقال حرارت در محیط متخلخل با استفاده از نانوذرات رسانا از راه شبیه‏سازی CFD

Abstract

برای استفاده از نانوفناوری در ازدیاد برداشت حرارتی برای افزایش راندمان انتقال حرارت، در این تحقیق افزایش ضریب انتقال حرارت با استفاده از نانوفناوری بررسی شده است. در بخش آزمایشگاهی این تحقیق، ابتدا با افزودن نانوذره اکسید مس(به‏عنوان یکی از متداول‏ترین نانوذرات استفاده‏شده در این زمینه) به سیال پایه‏آبی، نانوسیالی پایدار و یک‏نواخت برای استفاده از خواص حرارتی بالای آن تهیه و سپس به درون مغزه تزریق شد. نتایج به‏دست‏آمده پس از تزریق نانوسیال با غلظت 01/0 مولار بیانگر افزایش قابل‏توجه ضریب هدایت حرارتی نسبت به سنگ خشک‏اند(25%) در حالی که آب مقطر تنها 6% ضریب انتقال حرارت را بهتر کرد. در بخش مدل‏سازی این کار تحقیقاتی، با استفاده از ساختار واقعی سنگ به بررسی عددی انتقال حرارت در این نمونه پرداخته شد. برای این منظور دو تصویر از دو مقطع مغزه آزمایش‏شده تهیه شد و از پردازش آنها دو مدل واقعی به دست آمدند که با اعمال شرایط اولیه و شرایط مرزی موجود، نتایج حاصل از شبیه‏سازی عددی با روش اجزای محدود افزایش ضریب هدایت حرارتی موثر تحت‏تاثیر نانوذرات رسانا را تایید کردند. نتایج شبیه‏سازی پس از تزریق نانوسیال با استفاده از مدل‌های شماره یک و شماره دو بیانگر افزایش 14 و 8% ضریب هدایت حرارتی نسبت به سنگ خشک‏ و در نتیجه افزایش بازده انتقال حرارت‏اند. نتایج حاصل از این تحقیق نشان دادند که روش دینامیک سیالات محاسباتی را می‌توان به‏عنوان یک روش قابل‏اعتماد در حل این مسئله به کار برد.

Keywords

• محیط متخلخل
• شبیه‏سازی عددی
• ضریب هدایت حرارتی
• پردازش تصویر
• انتقال حرارت