Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Nghiên cứu phân tích và số học về đối lưu do trọng lực trong một khoang thẳng đứng chứa nanofluids
Tóm tắt
Bài báo này trình bày một nghiên cứu phân tích và số học về đối lưu tự nhiên của nanofluids trong một khoang hình chữ nhật chịu tác động của bức xạ nhiệt đồng đều ở các cạnh thẳng đứng. Các tham số chính của vấn đề nghiên cứu là số Rayleigh nhiệt Ra, số Prandtl Pr, tỉ lệ hình dạng của khoang A và phân khối lượng rắn của các hạt nano, Φ. Ba loại hạt nano được xem xét là: Cu, Al2O3 và TiO2. Nhiều mô hình khác nhau được sử dụng để tính toán độ nhớt hiệu quả và độ dẫn nhiệt của nanofluids. Trong phần đầu tiên của nghiên cứu phân tích, một phân tích quy mô được thực hiện cho tình huống chế độ lớp biên. Trong phần thứ hai, một nghiệm phân tích dựa trên gần đúng dòng chảy song song được báo cáo cho những khoang cao (A ≫ 1). Trong chế độ lớp biên, sự đồng thuận tốt được thu được giữa các dự đoán của phân tích quy mô và các nghiệm phân tích. Các nghiệm cho trường dòng, phân bố nhiệt độ và số Nusselt được đạt được rõ ràng theo các tham số điều khiển của vấn đề. Một nghiên cứu số học về hiện tượng tương tự, được thu được bằng cách giải hệ phương trình điều khiển hoàn chỉnh, cũng được thực hiện. Sự đồng thuận tốt giữa các dự đoán phân tích và các mô phỏng số học được tìm thấy.
Từ khóa
#đối lưu tự nhiên #nanofluids #nghiên cứu số học #phân tích quy mô #số Rayleigh nhiệt #số Prandtl #tỉ lệ hình dạng khoang #hạt nanoTài liệu tham khảo
Bejan A (1995) Convection heat transfer. Wiley, New York
Choi SUS (1995) Enhancing thermal conductivity of fluids with nanoparticles. ASME Fluids Eng Div Publ FED 231:99–105
Eastman JA, Choi SUS, Li S, Yu W, Thompson LJ (2001) Anomalous increased effective thermal conductivities of ethylene glycol-based nanofluids containing copper nanoparticles. Appl Phys Lett 78:718–720
Jana S, Salehi-Khojin A, Zhong WH (2007) Enhancement of fluid thermal conductivity by the addition of single and hybrid nano-additives. Thermochim Acta 462:45–55
Trisakri V, Wongwises W (2007) Critical review of heat transfer characteristics of nanofluids. Renew Sustain Energy Rev 11:512–523
Daungthongsuk W, Wongwises W (2007) A critical review of heat transfer nanofluids. Renew Sustain Energy Rev 11:797–817
Khanafer K, Vafai K, Lightstone M (2003) Buoyancy-driven heat transfer enhancement in a two-dimensional enclosure utilizing nanofluids. Int J Heat Mass Transf 46:3639–3653
Jou RY, Tzeng SC (2006) Numerical research of nature convective heat transfer enhancement filled with nanofluids in rectangular enclosures. Int Commun Heat Mass Transf 33:727–736
Agwu Nnanna AG (2007) Experimental model of temperature-driven nanofluid. J. Heat Transf 129:697–704
Ho CJ, Chen MW, Li ZW (2008) Numerical simulation of natural convection of nanofluid in a square enclosure: Effects due to uncertainties of viscosity and thermal conductivity. Int J Heat Mass Transf 51:4506–4516
Santra AK, Sen S, Chakraborty N (2008) Study of heat transfer augmentation in a differentially heated square cavity cavity using copper-water nanofluid. Int J Therm Sci 47:1113–1122
Abu-Nada E, Masoud Z, Oztop HF, Campo A (2010) Effect of nanofluid variable properties on natural convection in enclosures. Int J Therm Sci 49:479–491
Oztop HF, Abu-Nada E (2008) Numerical study of natural convection in partially heated rectangular enclosures filled with nanofluids. Int J Heat Fluid Flow 29:1326–1336
Ghasemi B, Aminossadati SM (2010) Periodic natural convection in a nanofluid-filled enclosure with oscillating heat flux. Int J Therm Sci 49:1–9
Aminossadati SM, Ghasemi B (2009) Natural convection cooling of a localised heat source at the bottom of a nanofluid-filled enclosure. Eur J Mech B/Fluids 28:630–640
Ghasemi B, Aminossadati SM (2009) Natural convection heat transfer in an inclined enclosure filled with water-CuO nanofluid. Numer Heat Transf Part A 55:807–823
Ogut EB (2009) Natural convection of water-based nanofluids in an inclined enclosure with a heat source. Int J Therm Sci 48:2063–2073
Jang SP, Choi SUS (2004) Free convection in a rectangular cavity (Benard convection) with nanofluids. In: Proceedings IMECEO, ASME, Anaheim California US, pp 147–153
Hwang KS, Lee JH, Jang SP (2007) Buoyancy-driven heat transfer of water-based Al2O3 nanofluids in a rectangular cavity. Int J Heat Mass Transf 50:4003–4010
Putra N, Roetzel W, Das SK (2003) Natural convection in nanofluids. Heat Mass Transf 39:775–784
Abouali O, Falahatpisheh A (2009) Numerical investigation of natural convection of Al2O3 nanofluid in vertical annuli. Heat Mass Transf 46:15–23
Abu-Nada E, Masoud Z, Hijazi A (2008) Natural convection heat transfer enhancement in horizontal concentric annuli using nanofluids. Int Commun Heat Mass Transf 35:657–665
Abu-Nada E (2009) Effects of variable viscosity and thermal conductivity of Al2O3-water nanofluid on heat transfer enhancement in natural convection. Int J Heat Fluid Flow 30:679–690
Bennacer R, El Ganaoui M, Maré T, Nguyen CT (2009) Natural convection of nanofluids in a cavity including the Soret effect. Int J Comput Therm Sci 1:425–440
Pakravan HA, Yaghoubi M (2011) Combined Thermophoresis, Brownian motion and Dufour effects on natural convection of nanofluids. Int J Therm Sci 50:394–402
Lai FH, Yang YT (2011) Lattice Boltzmann simulation of natural convection heat transfer of Al2O3/water nanofluids in a square enclosure. Int J Therm Sci 50:1930–1941
Yu ZT, Wang W, Xu X, Fan LW, Hu YC, Cen KF (2011) A numerical investigation of transient natural convection heat transfer of aqueous nanofluids in a differentially heated square cavity. Int Commun Heat Mass Transf 38:585–589
Sourtiji E, Hosseinizadeh SF, Gorji-Banddpy M, Ganji DD (2011) Effect of water-based Al2O3/water nanofluids on heat transfer and pressure drop in periodic mixed convection inside a square ventilated cavity. Int Commun Heat Mass Transf. doi:10.1016/j.icheatmasstransfer.2011.05.009
Brinkman HC (1952) The viscosity of concentrated suspensions and solution. J Chem Phys 20:571–581
Maiga SEB, Nguyen CT, Galanis N, Roy G (2004) Heat transfer enhancement in forced convection laminar tube flow by using nanofluids. Proc Int Symp Adv Comput Heat Transf III 24:19–24
Pak BC, Cho Y (1998) Hydrodynamic and heat transfer study of dispersed fluids with submicron metallic oxide particle. Exp Heat Transf 11:151–170
Maxwell J (1904) A treatise on electricity and magnetism, 2nd edn. Oxford University Press, Cambridge
Yu W, Choi SUS (2003) The role of interfacial layers in the enhanced thermal conductivity of nanofluids: a removed Maxwell model. J Nanopart Res 5:167–171
Patankar S (1980) Numerical heat transfer and fluid flow. Hemisphere, Washington
Wan DC, Patnaik BSV, Wei GW (2001) A new benchmark quality solution for the buoyancy-driven cavity by discrete singular convolution. Numer Heat Transf Part B 40:199–228
Vasseur P, Wang CH, Sen M (1987) Unicellular convective motion in an inclined fluid layer with uniform heat flux. Bifurcation Phenomena in Thermal Processes and Convection. ASME Winter Annual Meeting, Boston, MA, USA, HTD vol 94/AMD-vol 89 (1987): 183–195
Mamou M, Vasseur P, Bilgen E (1966) Analytical and numerical study of double diffusive convection in a vertical enclosure. Heat Mass Transf 32:115–125
Bejan A (1983) The boundary layer regime in a porous layer with uniform heat flux from side. Int Heat Mass Transf 26:1339–1346
Wen D, Din Y (2006) Natural convective heat transfer of suspensions of titanium dioxide nanoparticles (nanofluids). IEE Trans Nanotechnol 5:220–227