باشد. جریان جابه­جایی طبیعی در داخل حفره، که تنها عامل محرک در آن نیروی شناوری می­باشد، به علت تنوع کاربرد در بخش مهندسی و صنعت،  یکی از پدیده­های مهم به شمار می­آید که بطور گسترده در علم انتقال حرارت مورد مطالعه قرار گرفته است. هدف از این تحقیق بررسی اثر ذرات نانو در انتقال حرارت وجریان سیال و همچنین تاثیر قطر ذرات برآن در حفره قائم­الزاویه با نسبت منظری­های متفاوت (0.1،0.2،0.25،0.5،0.75،1=L/H ) می­باشد. در این تحقیق از دو سیال پایه­ی آب و اتیلن گلیکول و سه نوع نانو ذره­ی جامد مس (Cu)، اکسید تیتانیم (TiO3) و اکسید آلومینیم(Al2O3)برای چهار نسبت حجمی متفاوت ( 0،0.025،0.05،0.1=φ ) استفاده شده است. جریان آرام و در محدوده فرض بوزینسک در نظر شده و نتایج برای سه عدد رایلی 105، 106 و 107 ارائه گردیده است. جهت مدلسازی جریان از الگوریتم سیمپل استفاده شده و نتایج حاصل برای جریان تراکم ناپذیر ارائه گردیده است . به این ترتیب با استفاده از برنامه عددی نوشته شده امکان مدلسازی انتقال حرارت در جریان آرام سیال با استفاده از فرض بوزینسک فراهم گردیده است. نتایج نشان داده است که نانو ذرات معلق در سیال باعث افزایش نرخ انتقال حرارت در هر عدد رایلی و نسبت منظری می­شود. همچنین نتایج نشان داده است که عدد ناسلت ماکزیمم و عدد ناسلت متوسط با افزایش نسبت حجمی ذرات نانو افزایش می­یابند. همچنین بیشترین مقدار ناسلت متوسط برای نانوذره­ی مس (Cu) مشاهده شده است. مقایسه­ی نتایج حاصل از حل جریان با محققان پیشین نشان دهنده­ی همخوانی قابل قبول این نتایج می­باشد.
واژه‌های کلیدی: انتقال حرارت (Heat Transfer)، نانوسِیال (Nanofluid)، تراکم­ناپذیر(Incompressible) ، حفره (Cavity)، نسبت منظری (Aspect ratio)

فهرست مطالب
 
عنوان                                                                                                            شماره صفحه
 
فصل اول: مقدمه
1-1- جابجایی طبیعی.. 1
1-2- نانوسیال.. 3
1-3- تولید نانوسیال.. 5
1-4- پارامترهای انتقال حرارت در نانوسیالات.. 6
1-4-1- انباشتگی ذرات.. 6
1-4-2- نسبت حجمی ذرات نانو.. 7
1-4-3- حرکت براونی.. 8
1-4-4- ترمو فرسیس.. 8
1-4-5- اندازه نانوذرات.. 9
1-4-6- شکل نانوذرات.. 9
1-4-7- ضخامت لایه سیال بین ذرات نانو.. 10
1-4-8- دما.. 11
1-4-9- کاهش در ضخامت لایه مرزی گرمایی.. 12
1-5- ویژگی­های تحقیق حاضر.. 12
فصل دوم: روشهای مدلسازی جریان نانوسیال و بررسی کارهای انجام شده در این زمینه
2-1- روشهای مدلسازی جریان نانوسیال.. 14
2-2- تعریف مسئله.. 17
2-3- فیزیک جریان آرام داخل حفره.. 18
2-4- کارهای انجام شده در زمینه شبیه­سازی جریان جابجایی طبیعی در نانوسیال   20
2-4-1- کارهای انجام شده در زمینه خواص نانوسیال.. 20
2-4-1-1- روابط تئوری ارائه شده در زمینه ضریب رسانش حرارتی موثر نانوسیال   20
2-4-1-2- روابط تئوری ارائه شده در زمینه ویسکوزیته نانوسیال.. 21
2-4-1-3- کارهای تجربی انجام شده در زمینه ضریب رسانش حرارتی موثر نانوسیال   21
2-4-1-4- کارهای تجربی انجام شده در زمینه ویسکوزیته موثر نانوسیال   22
2-4-2- کارهای انجام شده در زمینه انتقال حرارت در نانوسیال.. 23
2-4-2-1- کارهای تجربی انجام شده در زمینه انتقال حرارت در نانوسیال   23
2-4-2-2- کارهای عددی انجام شده در زمینه انتقال حرارت در نانوسیال در داخل حفره­ی مربعی.. 24
فصل سوم: معادلات حاکم و گسسته سازی آن­ها
3-1- فرض پیوستگی.. 25
3-2- معادلات حاکم بر رژیم آرام سیال خالص.. 26
3-3- خواص نانوسیال.. 26
3-4- معادله بقاء جرم برای نانوسیال.. 27
3-5- معادله بقاء انرژی برای نانوسیال.. 28
3-6- معادله بقاء مومنتم برای نانوسیال (ناویراستوکس).. 29
3-7- معادلات مربوط به نانوسیال درتحقیق حاضر.. 30
3-8- شرایط مرزی و اولیه.. 31
3-9- بی بعد سازی معادلات و عبارت­ها.. 31
3-10- شرایط مرزی و اولیه بی­بعد.. 33
3-11- گسسته سازی معادلات حاکم.. 33
3-12- الگوریتم سیمپل.. 34
3-13- شبکه بندی جابجا شده.. 38
فصل چهارم: بررسی نتایج عددی
4-1- تعیین شبکه مناسب.. 43
4-2- مقایسه­ی نتایج با کارهای انجام شده در  گذشته.. 44
4-3- نتایج نانوسیال.. 46
فصل پنجم: نتیجه­گیری
فعالیتهای پیشنهادی برای آینده.. 68
مراجع.. 69

فهرست شکل ها
 
عنوان                                                                                                         شماره صفحه
 
شکل 1-1- نمودار تغییرات ضریب رسانش حرارتی نسبت به زمان برای مخلوط آب اکسید مس… 7
شکل 1-2- افزایش انباشتگی نانوذرات با افزایــــش زمان برای مخلوط آب اکسید مس (0.1=φ). الف)20 دقیقه ب)60 دقیـــقه ج) 70 دقیقه.. 7
شکل 1-3- نمودار تغییرات ضریب رسانش حرارتی نسبت به نسبت حجمی ذرات نانو   8
شکل 1-4- نمودار تغییرات ضریب رسانش   حرارتی موثر نسبت به نسبت حجمی و اشکال متفاوت نانوذرات برای مخـــــــلوط آب-اکسیدآلومنیم.. 9
شکل 1-5- نمودار تغییرات ضریب رسانش حرارتی موثر نسبت به ضخامت لایه سیال پیرامون نانوذرات.. 11
شکل 1-6- نمودار تغییرات ضریب رسانش حرارتی موثر نسبت به دما برای مخلوط آلومینیوم- آب.. 11
شکل 2-1- نمونه­ای از حجم کنترل (ناحیه سایه­دار) که در آن فرض پیوستگی برقرار است.. 15
شکل 2-2- رژیم­های جریان گاز بر پایه­ی نادسن… 17
شکل 2-3- هندسه­ی مسئله.. 18
شکل 2-4- ساختارهای جریان در رژیم آرام.. 19
شکل 3-1- حجم کنترل نانوسیال برای معادله­ی پیوستگی.. 28
شکل 3-2- حجم کنترل نانوسیال برای معادله­ی بقاء انرژی.. 28
شکل 3-3- نمای کلی عملکرد الگوریتم سیمپل.. 37
شکل 3-4- یک صفحه شطرنجی با توزیع فشار غیر یکنواخت.. 38
شکل 3-5- طرز قرار گرفتن گره­ها برای جریان دو بعدی.. 40
شکل 3-6- سیستم مکان­ها بر اساس شماره گذاری خطوط شبکه و وجوه سلول   41
شکل 4-1- پروفیل­های سرعت و دما بی­بعد در برش میانی حفره مربعی بـــــــرای مش­های مختلف (6.2=Pr،106 Ra = و 0.05= φ) 43
شکل 4-2- توزیــــــع ناسلت متـــــوسط روی دیواره­ی گــــــترم در نسبت منظری­های مختلف ( 0.71 =Pr  و0= φ الف) 105 Ra =، ب) 106-107 Ra = .. 45
شکل 4-3- مقایسه پروفیل دما در برش میانی حفره مربعی(6.2=Pr ، 105- 104=G و 0.05= φ ) 46
شکل 4-4- پروفیل­های سرعت و دما بی­بعد در برش میانی حفره مربعی.. 47
شکل 4-5- مقایسه خطوط جریان بین سیال خالص و نانوسیال آب در نسبت منظری­های مختلف و0.05= φ. .. ……………………………………… … 49
شکل 4-6- مقایسه خطوط همدما بین سیال خالص و نانوسیال آب در0.05= φ و نسبت منظری­های مختلف.. . ………………………………………… 50
شکل 4-7- مقایسه تغییرات سرعت ماکزیمم افقی در برش میانی حفره بین سیالات خالص و نانوسیالات آب و اتیلن گلیــکول در 0.05= φ نسبت به تغییرات نسبت منظری   51
شکل 4-8- مقایـــــسه تغییرات سرعت ماکزیمم افقی در برش میانی حفره بین نانوسیالات آب و اتیلن گلیــــکول در0.05= φ نسبت به تغییرات نسبت منظری   52
شکل 4-9- مقایسه تغییرات سرعت ماکزیمم عمودی در برش میانی حفره بین  سیالات و نانوسیالات آب و اتیلن گلیـــکول در 0.05= φ نسبت به تغییرات نسبت منظری   53
شکل 4-10- مقایسه تغییرات سرعت ماکزیمم عمودی در برش میانی حفره بین نانوسیالات آب و اتیلن گلیــــکول در0.05= φ نسبت به تغییرات نسبت منظری   53
شکل 4-11- تغییرات ناسلت ماکزیمم برای نانوسیالات آب و اتیلن گلیـکول نسبت به تغییرات نسبت منظری در نسبت حجمی و رایلی­های متفاوت.. 55
شکل 4-12-. تغییرات ناسلت ماکزیمم برای سیال خالص و نانوسیال آب و اتیلن گلیکول نسبت به تغییرات نسبت منظری.. 56
شکل 4-13- تغییرات ناسلت متوسط نانوسیالات آب و اتیلن گلیـــــــکول نسبت به تغییرات نسبت منظری در نسبت حجمی و نسبت منظری­های محتلف… 58
شکل 4-14- تغییرات ناسلت متوسط نانوسیالات آب و اتیلن گلیـــــــکول نسبت به تغییرات نسبت منظری در نسبت حجمی و رایلی­های محتلف.. 59
شکل 4-15- تغیـــیرات ناسلت موضعی نانوسیال آب روی دیواره گرم و سرد در هر نسبت منظری و 106=Ra  برای نسبت­های حجمی متفاوت.. 61
شکل 4-16- مقایسه­ی تغییرات ناسلت متوسط نانوسیال در 0.1= φ با سیال پایه­ی آب و ذرات نانو مختلف نسبت به تغیـیـــرات نسبت منظری.. 62
شکل 4-17- پروفیل­های سرعت و دما­ی بی­بعد در برش میانی حفره مربعی برای قطرها­ی مختلف.. 63
 

   فهرست جدول ها
 
عنوان                                                                                                         شماره صفحه
 
جدول(4-1)- خواص ترموفیزیکی سیالات و نانوذرات…………… 43
جدول(4-2)- مقایسه­ی نتایج تحقیق حاضر و نتایج مرجع………. 44
 جدول(4-3)- مقادیر ناسلت متوسط نانوسیال با سیال پایه­ی آب .. 64
 جدول(4-4)- مقادیر ناسلت متوسط نانوسیال با سیال پایه­ی اتیلن گلیکول   65
لیست علائم و اختصارات