انتخاب صفحه

فهرست مطالب

فصل اول

انتقال حرارت به همراه تغییر فاز در بسیاری از پدیده‌های فیزیکی در کاربردهای مختلف صنعتی و غیرصنعتی اتفاق می‌افتد و برخی از پدیده‌های طبیعی در این زمینه عبارتند از: فرایند ذوب شدن برف، یخ زدن آب دریاچه‌ها و سوختن شمع. بعضی از پروسه‌های صنعتی که همراه با تغییر فاز هستند عبارتند از: جوشکاری و ریخته‌گری.فرآیند انتقال حرارت به همراه تغییر فاز به خاطر کارهای انجام شده توسط استفان (Stefan) در سال 1889 به مسأله استفان معروف است.در میان کاربردهای مربوط به فرآیند تغییر فاز، واحدهای ذخیره‌کننده انرژی حرارتی دارای اهمیت فراوان می­­­­ باشند چرا که در اکثر پدیده‌های فیزیکی که به همراه تغییر فاز هستند، این فرآیند به صورت ناخواسته انجام می‌گیرد. مثلاً در صنعت ریخته‌گری اگر گرمای نهان آلیاژ کمتر باشد طبیعتاً انرژی، هزینه و زمان کمتری برای تولید نیاز خواهیم داشت ولی در واحدهای ذخیره‌کننده انرژی هدف استفاده از گرمای نهان ذوب در طول تغییر فاز می‌باشد به همین جهت در سال‌های اخیر واحدهای ذخیره‌کننده انرژی مورد توجه بسیاری از محققین قرار گرفته است. ظرفیت بالای ذخیره‌سازی انرژی حرارتی باعث می شود تا امکان ساخت ذخیره‌کننده‌های کوچک فراهم گردد و بتوان آن ها را به صورت فشرده تولید کرد این ویژگی باعث می‌شود تا استفاده از واحدهای ذخیره‌کننده انرژی در کاربردهای تجارتی که معمولاً با محدودیت ابعادی مواجهه هستند، استفاده فراوانی داشته باشد به عنوان نمونه می‌توان از سیستم های ذخیره کننده انرژی همراه با تغییر فاز جهت تأمین انرژی حرارتی در مناطق مسکونی استفاده کرد.برای بیان دلیل استفاده از پروسه تغییر فاز جهت تامین انرژی می‌توان به این نکته اشاره کرد که یک کیلوگرم بتون می‌تواند حدود kJ/kg k 1 انرژی ذخیره کند در حالی که یک کیلوگرم Cacl2-6H2O مقدار 190 کیلو ژول انرژی را در طول تغییر فاز می توانند آزاد یا جذب نماید.دانستن عوامل و پارامترهای موثر بر کارایی ذخیره‌کننده و توانایی تعیین میزان تاثیر این عوامل بر کارایی سیستم باعث می‌شود تا بتوان عمل ذخیره‌سازی و تخلیه انرژی را بهینه سازی‌ نمود .امروزه با توجه به کمبود و رو به پایان بودن منابع انرژی فسیلی و مسئله آلودگی هوای ناشی از مصرف این مواد برای تامین انرژی، موضوع استفاده از انرژی­های جایگزین اهمیت بیشتری یافته است. در حال حاضر نفت، گاز و زغال سنگ 80 درصد از انرژی مصرفی جهان را تامین می‌کنند. مصرف انرژی در پنجاه سال گذشته بیشتر از مصرف انرژی در دو قرن پیش از آن بوده است. سازمان اطلاعات انرژی آمریکا پیش‌بینی کرده است، مصرف انرژی جهان تا سال 2030 درحدود 57 درصد افزایش خواهد یافت. با توجه به معضلات سوختهای فسیلی (آلودگی محیط زیست، منابع محدود و پایان‌پذیر، تجدید ناپذیری و تأثیر مستقیم سیاست بر آن) دنیا به انرژی‌های نو شامل خورشید، باد (برای ماشینهای بادی امروزی)، بیو انرژی، زمین گرمایی، هیدروژن، انرژی هسته‌ای و … تمایل نشان داده است.یکی از انرژی های نو انرژی خورشیدی می باشد که مهمترین موضوع در انرژی خورشیدی، جذب و ذخیره آن است. جذب انرژی خورشیدی توسط کلکتورهای مختلف برای اهداف متفاوتی از جمله: تولید برق، گرمایش آب، گرمایش فضا و … صورت می‌گیرد. فراوانی و ارزان بودن انرژی در بعضی از ساعات شبانه روز از دلایل مهم ذخیره انرژی است. انرژی خورشیدی در روز به وفور یافت می‌شود ولی یکی از اشکالات مهم این انرژی عدم دسترسی به آن در شب می‌باشد که به کمک ذخیره انرژی می‌توان از این انرژی در ساعات نبود خورشید نیز بهره برد. در بعضی کشورها مثل چین که بیشتر از انرژی الکتریکی برای گرمایش منازل استفاده می‌شود، با توجه به ارزان بودن انرژی الکتریکی در روز و گران بودن تعرفه در شب حدود 5/1 برابر ( به دلیل ساعات اوج مصرف )، ذخیره انرژی از راهکارهای مهم به شمار می‌آید.ذخیره انرژی به شکلهای مکانیکی، الکتریکی و حرارتی صورت می‌گیرد. ذخیره انرژی حرارتی به شکل محسوس (از طریق گرمای ویژه موادی مانند آب، زمین و …) و نهان (از طریق تغییر فاز موادی مانند پارافین، هیدراتهای نمک و …) انجام می‌گیرد، که در ادامه به بررسی انواع ذخیره های انرژی می پردازیم.استفاده از ذرات نانو (با قطر کمتر از nm 50) و تأثیر ذرات نانو در مواد تغییر فاز دهنده (NEPCM[1]) دریچه ای جدید برای پیشرفت تکنولوژی نوین در ترکیب مواد، بیو تکنولوژی، طراحی ابزار میکرو فلویدیک و … پیش روی محققین گشوده است.سیالات معمول مورد استفاده برای انتقال حرارت و ذخیره انرژی دارای ضریب رسانش حرارتی پایین می­باشند، در حالی که فلزات دارای رسانش حرارتی بالاتر از سه برابر اینگونه سیالات می­باشند. بنابراین استفاده از ذرات جامد فلزی در ابعاد نانو و ترکیب آن­ها با اینگونه سیالات برای افزایش ضریب رسانش حرارتی و در نتیجه افزایش راندمان حرارتی بسیار مطلوب به نظر می­رسد. که درادامه همین فصل به راه های افزایش ارتقای کارایی سیستم پرداخته خواهد شد.

1-2  نانو

پیشوند نانو در اصل یک کلمه یونانی است معادل لاتین  این کلمه Dwarf است که به معنی کوتوله و قد کوتاه است این پیشوند در علم مقیاس ها به معنی یک میلیاردیوم است بنابراین یک نانومتر، m9-10است این مقیاس را با ذکر مثال هایی عینی، بهتر می توان حس کرد. یک تارموی انسان به طور متوسط قطری حدود 50000 نانو متر دارد. یک سلول باکتری، قطری معادل چند صد نانومتر دارد. کوچکترین اشیای قابل دید توسط چشم غیرمسلج اندازه ای حدود 10000 نانومتر دارند و فقط حدود 10 اتم هیدروژن در یک خط، یک نانومتر را می سازد.در این بخش ضمن بررسی تعاریف مختلفی که از فناوری نانو وجود دارد به بیان مبانی، ساختار و اهمیت فناوری نانو و کاربرد های آن می پردازیم.

1-3 نانو تکنولوژی

به بیان ساده علم نانو اصول اولیه مولکولها و ساختارهای با ابعاد بین 1 تا 1000 نانومتر است این ساختارها را نانو ساختار می نامیم. نانو تکنولوژی، کاربرد این ساختارها در دستگاههای با اندازه نانومتری است.نانو تکنولوژی تولید کارآمد مواد و دستگاه ها و سیستم ها با کنترل ماده در مقیاس طولی نانومتر و بهره برداری از خواص و پدیده های نو ظهوری است که در مقیاس نانو توسعه یافته اند.فناوری نانو یکی از مدرن ترین فناوری های روز دنیاست که دارای خصوصیاتی منحصر به فرد با کاربردهایی در تمام زمینه های علمی و فناوری است همین کاربردها وسیع فناوری نانو که از آن به عنوان ویژگی بین رشته ای بودن فناوری نانو یاد می شود عامل مهمی در فراگیر شدن این پدیده جدید است.از طرفی توجه روزافزون بشر به این فناوری فقط ناشی از تازگی آن و کنجکاوی بشر برای دانستن آنچه نمی داند، نیست؛ بلکه؛ دلیل قابلیت های ویژه ای که این فناوری پیش روی انسان قرار می­دهد و دست یابی به آنها جز از این راه ممکن نیست.بیشتر محصولات نانو تکنولوژی در معرض آنالیز انتقال حرارت قرار می گیرند زیرا ملاحظات گرمایی همیشه قسمت مهمی از هر فرایند طراحی می باشد بعنوان مثال، همین طور که ابعاد مبدل در سفینه ها کوچکتر می  شود از رابطه انتقال گرمای جدیدی در طراحی آن استفاده می شود. بزودی دانشمندان متوجه شدند که  اطلاعات ماکروسکوپیک  برای پیش بینی جریان و ویژگیهای انتقال حرارتی آن در مینی کانالهای  و بدلهای کوچک قابل کاربرد نیست و رابطه جدیدی موردد نیاز است.

1-3-1 چرا «نانو» تکنولوژی؟

شاید این سؤال در ذهن پدید آید که چه چیزی در مقیاس نانومتری وجود دارد که یک تکنولوژیی بر پایه آن بنا نهاده شده است. آنچه باعث ظهور نانو تکنولوژی شده، نسبت سطح به حجم بالای نانو مواد است.این موضوع یکی از مهم ترین خصوصیات مواد تولید شده در مقیاس نانو (نانو مواد) است. در مقیاس نانو، اشیاء شروع به تغییر رفتار می کنند و رفتار سطوح بر رفتار توده ای ماده غلبه می کند در این مقیاس برخی روابط فیزیکی که برای مواد معمولی کاربردارند، نقض می شوند. برای مثال، یک سیم با اجزای یک مدار در مقیاس نانو لزوماً از قانون اهم پیروی نمی کنند. قانون اهم، به جریان، ولتاژ و مقاومت بستگی دارد اما در مقیاس نانو وقتی عرض سیم فقط به اندازه یک یا چن اتم باشد، الکترونها لزوماً  باید در صف و به ترتیب و یک به یک از سیم رد شوند. بنابراین ممکن است قانون اهم در این مقیاس تا حدودی نقض شود.

1-4 تاریخچه نانو فناوری

50 سال پیش ریچارد نانیمن متخصص کوانتوم نظری و دارنده جایزه نوبل، در سخنرانی معروف خود در سال 1959 با عنوان «آن پایین فضای بسیاری هست» به بررسی بعد رشد نیافته علم مواد پرداخت او فرض کرد که اگر دانشمندان فرا گرفته اند که چگونه ترانزسیتورها و دیگر سازه ها را با مقیاس های کوچک بسازند، پس ما خواهیم توانست که آزاد در مقابل دیگر به گونه ای قرار دهیم که بتوانیم کوچکترین محصول مصنوعی ممکن را ایجاد کنیم پس از بازگو شدن نظرات فانیمن جهان روندی به سوی کوچک شدن در پیش گرفت. در اواسط دهه 70،  درکسلر که یک دانشجوی فارغ التحصیل و به نظریات فانیمن علاقه مند بود در سال 1980 میلادی درجه استادی خود را در رشته ی علوم کامپیوتر دریافت نمود و با جمعی از دانشجویان خود به پایه گذاری رشته جدید از مهندسی مولکولی اقدام کرد واین دفتررا «نانو فناوری» نامید.

1-5 کاربرد نانو سیالات

نانو تکنولوژی تقریباً تمام جنبه های زندگی بشر را تحت تأثیر قرار خواهد داد، از دارویی که مصرف می شود تا توان و سرعت رایانه ها، منابع انرژی مورد نیاز، غذایی که خورده می شود، ماشینی که رانده می شود، خانه ای که در آن زندگی می شود و لباسی که بر تن می شود و… مسلماً پرداختن به توضیح تمام این کاربردها امری بسیار دشوار خواهد بود بنابراین مروری اجمالی و مختصر به برخی کاربردهای ویژه نانو مواد در دنیای نانو تکنولوژی می پردازیم:

مقدمه…………………………………………………………………………………… 1

1-1        مقدمه………………………………………………………………………… 1

1-3 نانو تکنولوژی……………………………………………………………………….. 4

1-3-1 چرا «نانو» تکنولوژی؟………………………………………………………….. 5

1-4 تاریخچه نانو فناوری……………………………………………………………… 5

1-5 کاربرد نانو سیالات……………………………………………………………… 6

1-6 روش­های ذخیره انرژی……………………………………………………………. 7

1-6-1 ذخیره انرژی به صورت مکانیکی………………………………………………. 7

1-6-2 ذخیره الکتریکی………………………………………………………………. 7

1-6-3-1 ذخیره گرمای محسوس…………………………………………………. 8

1-6-3-2 ذخیره گرمای نهان……………………………………………………….. 8

1-6-3-3 ذخیره انرژی ترموشیمیایی………………………………………………. 8

1-7 ویژگی­های سیستم ذخیره نهان………………………………………………. 10

1-8 ویژگی­های مواد تغییر فاز دهنده……………………………………………….. 10

1-10-1-1 پارافین­ها……………………………………………………………….. 12

1-10-1-2 غیر پارافین‌ها …………………………………………………………14

1-10-2 مواد تغییر فاز دهنده غیرآلی…………………………………………… 15

1-10-2-1 هیدرات­های نمک……………………………………………………… 15

1-10-2-2 فلزات…………………………………………………………………. 16

1-10-3 اوتکتیک­ها………………………………………………………………….. 16

1-11 کپسوله کردن مواد تغییر فاز دهنده…………………………………….. 16

1-12 سیستم‌های ذخیره انرژی حرارتی………………………………………. 18

1-12-1 سیستم‌های گرمایش آب خورشیدی…………………………………. 18

1-13 کاربرد­های مواد تغییر فاز دهنده در ساختمان…………………………… 18

1-14 کاربرد مواد تغییر فاز دهنده در دیگر زمینه ها …………………………….19

1-15  تکنیک­های افزایش کارایی سیستم ذخیره­ساز انرژی…………………. 20

1-15-1 استفاده از سطوح گسترش یافته……………………………………… 20

1-15-2 استفاده از شبکهای از PCMها در سیستم…………………………. 21

1-15-3 افزایش هدایت حرارتی PCM..ا……………………………………….. 22

1-15-4 میکروکپسوله کردن PCM..ا…………………………………………… 24

ساختارهای فلزی مورد استفاده در سیستم ذخیره سازی انرژی

ساختارهای فلزی مورد استفاده در سیستم ذخیره سازی انرژی

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل دوم.پیشینه موضوع و تعریف مسئله.

در این فصل ابتدا به معرفی روش­های حل جریان نانوسیال و معرفی عدد نادسن به عنوان معیاری برای تشخیص پیوسته و یا ناپیوسته بودن نانوسیال معرفی می­گردد. سپس به بررسی پارامترهای مختلف بر انتقال حرارت در نانوسیالات و معرفی انواع نانو ذرات می پردازیم. در ادامه به معرفی روش‌های عددی مدلسازی جریان نانوسیال همراه با مروری بر تحقیقات تجربی و عددی انجام ­شده در این زمینه پرداخته خواهد شد.  سپس تحقیقات انجام شده در زمینه مواد تغییر فاز دهنده در سیستم­های مختلف انرژی به صورت عددی و آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفته ­است. در پایان مسئله مورد بررسی در این تحقیق تشریح می گردد.

2-2- روش­های مدلسازی جریان نانوسیال

بطور کل جریان سیالات را به دو صورت لاگرانژی و اویلری می توان حل نمود. در حل اویلری سیال پیوسته در نظر گرفته شده و در نتیجه معادلات پیوستگی و ناویر- استوکس[1] در آن حاکم می­باشد. در این حالت می­توان محیط را به حجم­های کنترل ماکروسکوپی فرضی تقسیم نمود که خواص مکانیکی و ترمودینامیکی سیال در هر حجم کنترل ثابت فرض شده و از هر حجم کنترل به حجم کنترل دیگر تغییر می­کند. بنابراین معادلات پیوستگی و ممنتوم ناویراستوکس در هر حجم کنترل صادق می­باشد. در این حالت به دلیل نوسانات کم ملکولی خواص مکانیکی و ترمودینامیکی سیال در هر حجم کنترل به صورت میانگین خواص ملکول­های آن حجم کنترل تعریف می­شود. به عبارت دیگر برای برقراری فرض پیوستگی نوسانات میکروسکوپی یا ملکولی سیال نباید مهم­تر از مقادیر متوسط­گیری شده باشند. بنابراین حجم کنترل فرضی باید به اندازه­ی کافی بزرگ باشد تا بتوان نوسانات میکروسکوپی را نادیده گرفت و از طرفی باید به اندازه­ی کافی کوچک باشد تا از تغییرات ماکروسکوپی خارج نشود (شکل 2-1). در شکل (2-1) در حجم کنترل مشخص شده بدلیل محدود بودن نوسانات مولکولی در حجم کنترل، می­توان سیال را پیوسته در نظر گرفت. در حل لاگرانژی به دلیل نوسانات زیاد ملکولی سیال نمی­توان محیط را پیوسته در نظر گرفت در این حالت نمی­توان یک حجم کنترل فرضی که متشکل از هزاران ملکول سیال است در نظر گرفت بلکه هر ملکول خواص مکانیکی و ترمودینامیکی جداگانه ای دارد و در نتیجه معادلات باید برای هر ملکول بطور جداگانه نوشته شود. به عبارتی هر ملکول یک حجم کنترل بوده و بنابراین باید معادلات را برای هر ملکول حل نمود. بدیهی است که حل معادلات پیوستگی (حل اویلری) بسیار ساده­تر از حل ملکولی (حل لاگرانژی) است. به عنوان مثال برای جریان هوا درون یک کانال در مقیاس ماکروسکوپی برای حالتی که سرعت ماکروسکوپی از 0 تا m/s1 تغییر می­کند، می توان جریان را موازی با محور کانال فرض کرد اما در این حالت سرعت ملکول­های سیال از مرتبه­ی km/s1 است که در هر جهتی ممکن است باشد.هر حجم کنترل در حالت ماکروسکوپی شامل هزاران ملکول سیال است. در این حالت برای هر حجم کنترل فقط یک دسته معادله پیوستگی، ممنتوم و انرژی استفاده خواهد شد اما در حالت میکروسکوپی برای حل جریان به تعداد ملکول­های سیال معادلات پیوستگی، ممنتوم و انرژی نیاز است. با افزایش تعداد معادلات قدرت رایانه مورد نیاز برای حل و همین طور زمان محاسبه بالا می­رود بطوریکه حل میکروسکوپی با استفاده از روش­های CFD[2] هزینه و تکنولوژی بالایی نیاز دارد و نیازمند ابر رایانه­های بسیار پرقدرتی می­باشد. هر چند روش­های جدیدی مانند LBM[3] بوجود آمدند که قادر به حل میکروسکوپی جریان می­باشند اما این روش­ها هنوز دارای نواقص زیادی هستند و توانایی حل بسیاری از جریان­ها را ندارند.

1- برای   ، در این حالت جریان پیوسته بوده و شرط مرزی عدم لغزش[5] برقرار می­باشد. در این حالت استفاده از معادلات ناویراستوکس قابل قبول می­باشد

2- برای  ، در این حالت نیز جریان پیوسته بوده اما شرط مرزی عدم لغزش برقرار نیست و جریان از نوع جریان لغزشی می­باشد. در این حالت نیز استفاده از معادلات ناویراستوکس قابل قبول می­باشد.

3- برای  ، در این حالت جریان از نوع جریان انتقالی می­باشد. در این نوع از جریان­ها استفاده از معادلات ناویراستوکس چندان قابل قبول نبوده و دارای خطا می­باشد. هر چند برخوردهای بین مولکولی سیال هنوز چندان قابل اغماض نبوده و باید به حساب آید.

4- برای  ، در این حالت جریان یک جریان مولکولی است. در این حالت برخوردهای بین مولکولی سیال در مقایسه با برخوردهای بین ملکول­های سیال و دیواره ناچیز است.

2-3- منطق وجودی نانو سیالات

بررسی دقیق خصوصیات گرمایی همه مایعات خنک کننده ای که امروزه به عنوان سیال انتقال گرما استفاده می شوند، رسانایی گرمایی ضعیفی را نشان می دهند (بجز فلزات مایع که در اکثر محدوده های دمایی قابل استفاده نیستند). برای مثال آب در هدایت گرمایی 3 بار ضعیفتر از مس است مشخص است که همه تلاشها برای افزایش انتقال گرما بوسیله آشفته سازی، افزایش سطح و…، بوسیله محدودیت های ذاتی رسانایی گرمایی محدود می شود.

بنابراین می تواند منطقی باشد که تلاشهایی برای افزایش رفتار رسانایی گرمایی سیالات خنک کننده انجام شود. استفاده از مخلوطهایی معلق از جامدها یکی از راههایی است که بیش از یک قرن گذشته به ذهن آمده است. ماکسول ]1[ پایه گذار این زمینه بود که تئوری پایه را برای محاسبه رسانایی گرمایی موثر مخلوط های معلق ارائه داد. تلاشهای او بوسیله مطالعات تجربی و تئوری زیادی مانند کارهای همیلتون و کراسر ]2[ و واسپ ]3[، پیکری شد. این مدلها برای پیش بینی رسانایی گرمایی تعلیق ها بسیار خوب کار می کنند. با این حال، همه این مطالعات به تعلیق ذرات در ابعاد میکرو و میلی محدود می شوند، و یک چنین تعلیق هایی نارساییهای زیر را بدنبال دارند:

1- ذرات به سرعت نشست می کنند، تشکیل لایه ای بر روی سطح می دهند و ظرفیت انتقال حرارت سیال را کاهش می دهند.

2- اگر نرخ چرخش سیال افزایش یابد، ته نشین شدن کاهش می یابد ولی خوردگی ابزارهای انتقال گرما، لوله ها و… به سرعت افزایش می یابد.

3- با اندازه بزرگ ذرات تمایل به گرفتگی در مسیر جریان کانال افزایش می یابد.

4- افت فشار در سیال بطور قابل ملاحظه ای افزایش می یابد.

بنابراین مسیر بوجود آمدن ذرات معلق درون  سیال به خوبی مشخص شد ولی در کل گزینه قابل قبولی برای کاربردهای انتقال گرما نمی باشد. تکنولوژی مواد جدید فرصتی را فراهم کرده است تا ذراتی در ابعاد نانومتری را تولید کنیم که کاملاً درخصوصیات اپتیکی، الکتریکی، گرمایی و مکانیکی با مواد اولیه متفاوت هستند.تا اینکه ابتدا ماسودا و همکاران [4] و سپس چویی همکارانش [5] ایده نانوسیال[6] را برای اولین بار مطرح نمودند و انقلاب بزرگی در زمینه انتقال حرارت در سیالات پدید آوردند. به منظور افزایش انتقال گرمای جابجایی، محققان ذرات در ابعاد نانو (ذرات جامد کوچکتر از nm100) را به سیال اضافه کردند.این تکنیک افزایش قبلاً با میکروذرات معلق در سیال برای افزایش انتقال گرما در میکرو و میلی کانالها استفاده شده است. نانو ذرات نسبت سطح به حجم 1000 برابر بزرگتر از میکرو ذرات دارند و گرما را بسیار مؤثرتر می توانند انتقال دهند. چویی و همکارانش [5] نشان دادند که اضافه کردن نانو ذرات، به سیال پایه می تواند نرخ انتقال گرمای سیال را 2 برابر کند، زیرا این ذرات رسانایی گرمایی بیشتری نسبت به سیال پایه دارند. چیزی که باعث جذابیت نانو ذرات به عنوان کاندید احتمالی برای درست کردن مخلوطی از ذره ها با سیالات می شود، این است که آنها مساحت سطح زیادی دارند، مومنتم ذرات کم است، و قابلیت حرکت بالایی دارند.

وقتی ذرات بطور مناسب پخش شده باشند، این خصوصیات نانو سیالات انتظار می رود که برتری های زیر را داشته باشد:

1) رسانایی گرمایی بالاتر: مساحت سطح بیشتر نانو ذرات اجازه انتقال گرمای بیشتری را می دهد. ذرات ریزتر از nm20، 20%  اتم های خود را بر روی سطح خود دارند، که آنها را هر لحظه برای تبادل حرارت در دسترس دارند. مزیت دیگر در حرکت بودن ذرات است که می تواند منتسب به اندازه ریز آنها باشد، که می­  تواند میکرو جابجایی هایی را بوجود آورند و در نتیجه انتقال گرما افزایش یابد [6].2) پایداری: از آنجائیکه ذرات ریز هستند وزن کمتری دارند و احتمال ته نشین شدن کمتر می شود. همین کاهش ته نشینی باعث غلبه بر یکی از ضعفهای اصلی مخلوط های معلق می شود (رسوب کردن ذرات) و نانو سیالات را پایدارتر می کند.

2-1- مقدمه……………………………………………………………………… 26

2-2- روش­های مدلسازی جریان نانوسیال……………………………………… 26

2-3- منطق وجودی نانو سیالات………………………………………………… 29

2-4- پارامترهای انتقال حرارت در نانوسیالات………………………………… 32

2-4-1- انباشتگی ذرات………………………………………………………….. 32

2-4-2- نسبت حجمی ذرات نانو……………………………………………….. 34

2-4-3- حرکت براونی……………………………………………………………. 34

2-4-4- ترموفورسیس…………………………………………………………….. 35

2-4-5- اندازه نانوذرات……………………………………………………………. 35

2-4-6- شکل نانوذرات……………………………………………………………. 35

2-4-7- ضخامت لایه سیال بین ذرات نانو……………………………………… 36

2-4-8- دما……………………………………………………………………….. 37

2-5- انواع نانو ذرات……………………………………………………………. 38

2-5-1- نانو سیالات سرامیکی…………………………………………………. 38

2-5-2- نانو سیالات فلزی……………………………………………………… 39

2-5-3- نانو سیالات، حاوی نانو لوله های کربنی و پلیمری………………… 40

2-6- نظریه هایی بر نانو سیالات……………………………………………… 40

2-6-1- روابط تئوری ارائه شده در زمینه ضریب رسانش حرارتی موثرنانوسیال. 40

2-6-2- کارهای تجربی انجام شده در زمینه ضریب رسانش حرارتی موثر نانوسیال………………………………………………………………………….. 45

2-6-3- کارهای تجربی انجام شده در زمینه ویسکوزیته موثر نانوسیال…… 45

2-7- کارهای تجربی انجام شده در زمینه­ی انتقال حرارت در نانوسیال……. 45

2-8- کارهای عددی انجام شده در زمینه­ی انتقال حرارت در نانوسیال درداخل حفره‌ی مربعی  ………………………………………………………………………………….. 46

2-9- کارهای انجام شده در زمینه­ی تغییر فاز ماده……………………….. 47

2-10- تعریف مسئله………………………………………………………….. 49

سیستم های حاوی چند PCM

سیستم های حاوی چند PCM

فصل سوم: معادلات حاکم و روشهای حل

در این فصل، مدل­های فیزیکی که در FLUENT برای حل جریان سیال و انتقال حرارت تدارک دیده شده، پیشنهادات برای به کارگیری آنها و تعریف پارامترهای لازم برای هر کدام توضیح داده می­شود. ابتدا معادلات حاکم بر رژیم آرام سیال خالص توضیح داده می­شوند و سپس به بررسی خواص نانو سیال پرداخته می شود و در ادامه روش های بررسی تغییر فاز توضیح داده خواهد شد که برای شبیه سازی فرایند انجماد در نانوسیال در یک حفره مربعی قائم­الزاویه سه بعدی، معادلات ممنتوم و پیوستگی و انرژی را برای یک سیال پیوسته در نظر گرفته، سپس این معادلات برای جریان نانوسیال توسعه داده شده است. در پژوهش حاضر به منظور در نظر گرفتن اثر افزودن نانوذرات به سیال پایه که روابط مربوط به آن در بخش مربوط به معادلات آورده شده از UDF استفاده گشته است. بدین ترتیب خواص نانو سیال به این کد تجاری افزوده شده تا مدلسازی بصورت صحیح انجام پذیرد. سپس گسسته­سازی معادلات حاکم و روش حل کلی تفکیکی[1] و پیوسته[2] موجود معرفی شده و آنگاه درباره انتخاب روش­های گسسته­سازی توضیح داده خواهد شد. روش پیوند فشار- سرعت و الگوریتم­های SIMPLE، SIMPLEC و PISO نیز از مطالب این بخش می­باشد.

3-1 فرض پیوستگی…………………………………………………………… 51

3-2- معادلات حاکم بر رژیم آرام سیال خالص………………………………. 52

3-3- مدل بوزینسک…………………………………………………………… 53

3-4- خواص نانوسیال…………………………………………………………. 53

3-5 – معادلات حاکم بر تحقیق حاضر………………………………………… 54

3-6- شرایط مرزی و اولیه……………………………………………………… 55

3-7- روش بررسی تغییر فاز در این پژوهش…………………………………. 56

3-7-1 تغییر فاز با مرز مجزا ………………………………………………………56

3-7-2 تغییر فاز آلیاژها ……………………………………………………………56

3-7-3 تغییر فاز پیوسته…………………………………………………………. 56

3-8- معادلات حاکم بر روش آنتالپی…………………………………………… 57

3-8-1 معادله حاکم بر انتقال حرارت بر پایه روش آنتالپی…………………… 58

3-8-2 معادلات نهایی حاکم بر انتقال حرارت بر پایه روش آنتالپی تعمیم یافته. 60

3-9  مروری بر روش­های عددی………………………………………………….. 63

3-9-1  روش حل تفکیکی…………………………………………………….. 64

3-9-2 روش حل پیوسته………………………………………………………… 65

3-9-3 خطی سازی: روش ضمنی و روش صریح…………………………….. 67

3-9-4 انتخاب حل کننده……………………………………………………….. 69

3-10  خطی سازی……………………………………………………………… 70

3-10-1 روش بالادست مرتبه اول………………………………………………. 72

3-10-2  روش بالادست توان-پیرو ………………………………………………..72

3-10-3 روش بالادست مرتبه دوم………………………………………………… 74

3-10-4 روش QUICK. ا……………………………………………………………74

3-11  شکل خطی شده معادله گسسته شده………………………………… 75

3-12 مادون رهایی………………………………………………………………… 76

3-13  حل کننده تفکیکی………………………………………………………… 76

3-13-1  گسسته سازی معادله ممنتوم………………………………………. 76

3-13-1-1 روش درونیابی فشار………………………………………………….. 77

3-13-2  گسسته سازی معادله پیوستگی………………………………….. 78

4-13-3 پیوند فشار- سرعت……………………………………………………. 79

3-13-3-1 SIMPLE. ا………………………………………………………………80

3-13-3-2 SIMPLEC.ا…………………………………………………………….. 81

3-13-3-3 PISO.ا…………………………………………………………………. 81

3-14  انتخاب روش گسسته سازی……………………………………………. 82

3-14-1  مرتبه اول و مرتبه دوم…………………………………………………. 82

3-14-2 روش های توان- پیرو و QUICK.ا……………………………………… 83

3-14-3  انتخاب روش درونیابی فشار………………………………………….. 83

3-15  انتخاب روش پیوند فشار- سرعت……………………………………….. 84

3-15-1  SIMPLE و SIMPLEC. ا………………………………………………….84

3-15-2  PISO.ا………………………………………………………………….. 85

3-17 مدلسازی­های وابسته به زمان……………………………………………… 85

3-17-1 گسسته سازی وابسته به زمان………………………………………. 85

3-17-2 انتگرال گیری زمانی ضمنی……………………………………………. 86

3-17-3 انتگرال­گیری زمانی صریح…………………………………………………. 87

3-17-4  انتخاب اندازه بازه زمانی…………………………………………………. 88

3-18 انتخاب روش­های حل………………………………………………………. 88

3-19 شبکه بندی و گام زمانی………………………………………………….. 89

3-19-1 آزمون عدم وابستگی نتایج به تعداد نقاط شبکه و گام زمانی………. 90

3-20- مراحل حل مسئله…………………………………………………………. 91

نقطه ذوب وگرمای نهان پارافین

نقطه ذوب وگرمای نهان پارافین

فصل چهارم. بررسی نتایج عددی

در این بخش پس از اعتبار سنجی نتایج بدست آمده با کارهای انجام شده درگذشته واطمینان خاطر از بدست آمدن یک شبکه­بندی مناسب نتایج تحقیق حاضر ارائه می­گردد. ابتدا نتایج حل عددی برای مخلوط آب -Cu برای شش نسبت حجمی متفاوت (2/0، 15/0، 1/0، 05/0، 025/0، 0=φ) با قطر نانوذرات nm10 ارائه می­گردد. سپس نتایج مربوط به نانوذرات مختلف Cu ،  Al، TiO2 و Al2O3 باهم مقایسه می­شود. خواص ترموفیزیکی سیالات پایه و نانوذرات در جدول (4-1) آورده شده است همچنین در جدول (4-2) خواص سیال پایه، ذرات مس و نانوسیال در نسبت های حجمی مختلف آمده است به منظور کاهش حجم موارد مورد بحث، تنها نتایج مربوط به نانوذره­ی Cu ارائه می­شود.

4-1 اعتبار سنجی مسئله……………………………………………………….. 94

4-2  اثر افزودن نانو ذرات…………………………………………………………… 98

4-3 بررسی اثر افزودن ذرات نانو در مدل­های گفته شده در قسمت اعتبار سنجی.. 114

نمودار تغییرات ضریب رسانش حرارتی نسبت به حجمی ذرات نانو

نمودار تغییرات ضریب رسانش حرارتی نسبت به حجمی ذرات نانو

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل پنجم.

5-1 نتیجه گیری……………………………………………………………………… 124

5-2 فعالیت های پیشنهادی برای ادامه کار  ……………………………………. 127

مراجع………………………………………………………………………………….. 127

نمونه ای از میکروکپسوله PCM

نمونه ای از میکروکپسوله PCM



بلافاصله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

خرید فایل word

قیمت35000تومان