مدل سازی محاسباتی جریان ناشی از شناوری و مکانیسم های تولید آنتروپی در یک حفره پر شده با نانوسیال تحت تاثیر منبع حرارتی داخلی

در پژوهش حاضر، رفتار جریان همرفت طبیعی ناشی از شناوری و تولید آنتروپی در یک حفره مربعی پرشده با نانوسیال تحت تاثیر یک منبع حرارتی داخلی به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است. هدف اصلی این مطالعه، تحلیل اثر پارامترهای حاکم بر انتقال حرارت و مکانیزم های اتلاف انرژی بر عملکرد حرارتی سامانه می باشد. معادلات حاکم شامل معادلات پیوستگی، مومنتوم و انرژی با استفاده از روش حجم محدود گسسته سازی و به صورت همزمان حل شده اند. نانوسیال به صورت یک محیط تک فازی همگن در نظر گرفته شده و خواص ترموفیزیکی آن تابعی از کسر حجمی نانوذرات لحاظ گردیده است.تاثیر پارامترهای مختلف از جمله عدد رایلی، کسر حجمی نانوذرات و شدت تولید حرارت داخلی بر الگوی جریان، توزیع دما، عدد ناسلت متوسط و نرخ تولید آنتروپی مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که افزایش عدد رایلی موجب تقویت نیروهای شناوری، افزایش شدت گردش سیال و بهبود نرخ انتقال حرارت در حفره می شود. همچنین افزودن نانوذرات به سیال پایه باعث افزایش هدایت حرارتی موثر و در نتیجه افزایش عدد ناسلت متوسط می گردد. بررسی تولید آنتروپی نشان می دهد که با افزایش شدت همرفت، سهم آنتروپی ناشی از اصطکاک سیال افزایش یافته، در حالی که آنتروپی ناشی از انتقال حرارت در برخی شرایط کاهش می یابد. علاوه بر این، وجود یک مقدار بهینه از کسر حجمی نانوذرات می تواند منجر به حداقل سازی تولید آنتروپی و حداکثرسازی عملکرد حرارتی سامانه گردد.یافته های این پژوهش می تواند در طراحی و بهینه سازی تجهیزات انتقال حرارت، سامانه های خنک کاری الکترونیکی، مبدل های حرارتی و محفظه های حرارتی مجهز به منابع گرمایی داخلی مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه ها:

همرفت طبیعی ، نانوسیال ، حفره مربعی ، منبع حرارتی داخلی ، تولید آنتروپی ، عدد رایلی ، انتقال حرارت ، مدل سازی عددی