محمد سفید
-
ارزیابی مقدار تولید آنتروپی طی انتقال حرارت جابجایی طبیعی درون محفظه ای دوبعدی حاوی نانوسیال غیرنیوتنی، هدف از انجام این پژوهش با استفاده از روش شبکه بولتزمن است. محفظه در معرض جذب/تولید حرارت یکنواخت و میدان مغناطیسی یکنواخت و غیریکنواخت در زوایای مختلف قرار دارد. ویژگی کار حاضر، بررسی اثر تشعشع حجمی و شکل دیواره سرد محفظه در سه شکل صاف، منحنی و مورب بر مشخصات جریان است. کاربرد در طراحی خنک کننده های الکترونیکی و کلکتورهای خورشیدی ازجمله موارد عملی این تحقیق است. تطابق قابل قبول نتایج حاصل شده با مطالعات مرتبط قبلی، صحت نتایج ارائه شده را تایید کرد. بر اساس نتایج، وجود پارامتر تشعشع منجر به بهبود انتقال حرارت می شود که این اثر به ازای افزایش شاخص توانی سیال مشهودتر است. علاوه بر کاهش عدد ناسلت به ازای افزایش شاخص توانی سیال، اثربخشی وجود میدان مغناطیسی در کاهش مقدار آنتروپی و نرخ انتقال حرارت به ازای کاهش شاخص توانی سیال افزایش می یابد. دستیابی به قدرت جریان و عدد ناسلت بالاتر به ترتیب تا حدود 40٪ و 61٪، به ازای اعمال میدان مغناطیسی عمودی و غیریکنواخت امکان پذیر است. اگرچه به ازای تولید حرارت، پایین ترین مقدار شاخص عملکرد حرارتی و عدد ناسلت وجود خواهد داشت، اما بیشترین اثرگذاری میدان مغناطیسی در حالت تولید حرارت مشاهده می شود. با طراحی دیواره به شکل صاف علاوه بر افزایش شاخص عملکرد حرارتی، کاهش عدد بجان نیز مقدور است.کلید واژگان: جابجایی طبیعی، نانوسیال غیرنیوتنی، تشعشع حجمی، تولید آنتروپی، جذب، تولید حرارت یکنواخت، میدان مغناطیسی غیریکنواختThe target of this research is to investigate the amount of entropy production during natural convection inside a 2D chamber containing a non-Newtonian nanofluid using the lattice Boltzmann method. The chamber is exposed to uniform heat absorption/production and uniform and non-uniform magnetic field at different angles. The feature of the present work is to evaluate the effect of thermal radiation and the shape of the cavity cold wall in three shapes: smooth, curved and diagonal on the flow characteristics. Application in the design of electronic coolers and solar collectors is one of the practical cases of this numerical research. Acceptable agreement of the obtained results with previous related studies confirmed the validity of the presented results. Based on the results, the presence of radiation parameter leads to the improvement of heat transfer, which is more evident due to the increase of fluid power-law index. In addition to reducing the Nusselt value for enhancing the fluid power-law index, the effectiveness of the presence of the magnetic field in reducing the entropy and heat transfer rate enhances as the fluid power-law index decreases. It is feasible to attain the flow strength and the Nusselt value up to 40% and 61% more, respectively, by applying a vertical and non-uniform magnetic field. Although for heat production mode, there will be the lowest value of thermal performance index and the Nusselt value, the greatest influence of the magnetic field is observed in the heat production mode. By designing the wall in a smooth shape, in addition to increase the thermal performance coefficient, it is possible to decline the Bejan value.Keywords: Natural Convection, Non-Newtonian nanofluid, Volumetric radiation, Entropy Production, Uniform heat absorption, production, Non-uniform magnetic field
-
در این پژوهش، با بکارگیری روش ترکیبی شبکه بولتزمن و نمایه هموار، برای بستر با سیال غیرنیوتنی قانون توانی، اثر تغییر پارامترهای هندسی و سیال بر رفتار انبساطی بستر مطالعه شده است. بررسی ها برای 7 هندسه متفاوت و 4 سیال نیوتنی و غیرنیوتنی با اندیس قاعده توانی 0.8 تا 1 انجام شده است. نتایج بستر با سیال نیوتنی تخلخل بیشتری نسبت به بستر با سیال غیرنیوتنی نشان می دهند. همچنین افزایش اندیس قاعده توانی سبب افزایش تخلخل بستر شده و تخلخل بستر غیرنیوتنی با افزایش چگالی ذرات جامد و ارتفاع اولیه بستر کاهش یافته است. بررسی نسبت تخلخل در بسترغیر نیوتنی نشان داد که با افزایش قطر ذرات جامد این نسبت کاهش و با افزایش قطر بستر سیالی، افزایش می یابد. علاوه بر این مقایسه نتایج بستر با محلول کربوکسی متیل سلولز 0.1% به عنوان سیال نشان داد که تاثیر کاهش قطر ذرات در بستر برای افزایش نسبت تخلخل 2 برابر بیشتر از تاثیر افزایش قطر بستر است. در نهایت خروجی های مدل نشان دادند نسبت تخلخل برای بستر شامل ذرات جامد با قطرهای مختلف، کمتر از بستر حاوی ذرات با قطرهای برابر است.
کلید واژگان: بستر سیالی مایع-جامد، روش شبکه بولتزمن، روش نمایه هموار، سیال غیرنیوتنی قانون توانی، تخلخل بستر سیالی، حداقل سرعت سیالیتIn this research, by using the combined lattice Boltzmann and smooth profile method, for power law non-Newtonian fluidized bed, the effect of changing the geometric and fluid on the expansion behavior of the bed has been studied. Investigations have been carried out for 7 different geometries and 4 Newtonian and non-Newtonian fluids with a power law index of 0.8 to 1. The results of the bed with Newtonian fluid show more porosity than the bed with non-Newtonian fluid. Also, increasing the index of the power law caused an increase in the porosity of the bed, and the porosity of the non-Newtonian bed decreased with an increase in the density of solid particles and the initial height of the bed. Investigating the porosity ratio in the non-Newtonian bed showed that with the increase in the diameter of the solid particles, this ratio decreases and increases with the increase in the diameter of the fluid bed. In addition, comparing the results of the bed with carboxymethyl cellulose 0.1% solution as fluid showed that the effect of reducing the particle diameter in the bed, to increase the porosity ratio is 2 times more than the effect of increasing the diameter of the bed. Finally, the output of the model showed that the porosity ratio for the bed containing solid particles with different diameters is lower than the bed containing particles with equal diameters.
Keywords: Liquid-solid fluidized bed, Lattice Boltzmann method, smoothed profile method, Power-law non-Newtonian liquid, fluidized bed porosity, minimum fluidization velocity -
نشریه کارافن، سال بیستم شماره 64 (پاییز 1402)، صص 221 -238
امروزه آب شیرین کن های خورشیدی یکی از راه حل های امیدوار کننده برای معضل کمبود آب آشامیدنی، به طور عمده در مناطق دوردست و کم جمعیت است. در تحقیق حاضر یک آب شیرین کن با کندانسورهای خارجی طراحی شده است. برای ذخیره انرژی گرمایی در حوضچه این آب شیرین کن، از مواد تغییر فاز دهنده موم پارافین قرار گرفته در لوله های مسی استفاده شده است. به منظور مقایسه و بررسی عملکرد آب شیرین کن پیشنهادی یک آب شیرین کن معمولی با همان مشخصات و ابعاد نیز ساخته شده است. هر دو آب شیرین کن در روزهای 8، 15 و 19 اردیبهشت ماه مورد بررسی قرار گرفته اند، نتایج آزمایش ها نشان داده که عملکرد آب شیرین کن پیشنهادی بهتر از آب شیرین کن معمولی بوده است. بیشترین آب شیرین تولید شده 3.55 و 3.04 لیتر بر مترمربع در روز به ترتیب برای آب شیرین کن پیشنهادی و معمولی به دست آمده که نشان دهنده 17 درصد افزایش بهره وری در روز است. از پژوهش های گذشته مشخص است که کندانسور با آن که اختلاف دما بین پوشش شیشه ای و آب شور حوضچه را افزایش می دهد، باعث کاهش میزان دمای حوضچه نیز می شود. اما در این پژوهش نتیجه قابل توجهی که به دست آمده این است که علاوه بر افزایش اختلاف دمایی بین پوشش شیشه ای و آب شور، میزان دمای آب شور نیز افزایش پیدا کرده است و این روند افزایش دما تا پایان روز در هر سه آزمایش مشاهده شده است که نشان دهنده عملکرد موثر موم پارافین در حوضچه آب شیرین کن می باشد.
کلید واژگان: آب شیرین کن، مواد تغییر فاز دهنده، موم پارافین، کندانسور و لوله های مسیKarafan, Volume:20 Issue: 64, 2023, PP 221 -238Today, solar desalination is one of the promising solutions for the problem of drinking water shortage, mainly in remote and low-population areas. In the present research, a solar still with passive external condensers was designed. To store the thermal energy in the basin of this solar still, paraffin wax was used in copper tubes as phase change materials. To compare and investigate the performance of the proposed solar still, a conventional solar still with the same specifications and dimensions was built and tested. Both solar stills were investigated on the days of 28 April, 5 and 9 May. The results of the experiments showed that the performance of the proposed solar still was better than the conventional solar still; the highest produced fresh water was 3.55 and 3.04 lit/m2 day, respectively, for the proposed and conventional solar stills, which showed a 17% increase in productivity per day. It is clear from past research that the condenser increases the temperature difference between the glass covers and the saltwater of the basin, but causes the temperature of the saltwater basin to decrease. However, in this research, in addition to the increase in the temperature difference between the glass cover and salt water, the amount of salt water also increased, and this trend of increasing temperature was observed until the end of the day in all three experiments, which shows the effective performance of paraffin wax in the basin of solar still.
Keywords: Solar still, Phase change material, paraffin wax, condenser, copper tubes -
در این پژوهش، یک سیستم تولید سه گانه توان، حرارت و برودت که توسط انرژی های خورشیدی و زیست توده راه اندازی می شود، از دیدگاه انرژی، اگزرژی، اقتصادی و محیط زیستی تحلیل و بررسی شده است. از انرژی خورشیدی، برای تولید هیدروژن استفاده می شود (از طریق الکترولایزر غشای پروتونی که برق آن از پانل های فتوولتائیک حرارتی تامین می گردد). هیدرژن و زیست توده به عنوان سوخت در محفظه احتراق های سیکل توربین گاز مورد استفاده قرار می گیرند. سیکل توربین گاز پیشنهادی دارای دو توربین فشار بالا و فشار پائین و دو کمپرسور همراه با خنک کاری میانی می باشد. از سیکل ترکیبی رانکین آلی- تبرید تراکمی که با حرارت بازیافتی توربین گاز کار می کند برای تولید برودت و خنک کاری هوا در مرحله تراکم میانی استفاده می شود. نتایج حاصل از محاسبات نشان می دهد که سیستم ترکیبی پیشنهادی دارای بازده انرژی و اگزرژی %21 و %17 و انتشار 0/00884کیلوگرم بر ثانیه دی اکسید کربن می باشد. بیشترین هزینه سرمایه گذاری تجهیزات مربوط به الکترولایزر غشاء پروتونی با مقدار$/hr 44/15 بوده و هزینه کل محصولات تولیدی0/5627 $/MJ بدست آمده است. همچنین با خنک کاری میانی کمپرسورها، راندمان های انرژی و اگزرژی سیستم به ترتیب 6 و 4 درصد افزایش پیدا کرده است.
کلید واژگان: تولید سه گانه، هیدروژن، زیست توده، اگزرژی - اقتصادی، زیست محیطیIn this research, a novel trigeneration system driven by biomass-solar energies has been investigated from energy exergy, economic and environmental viewpoints. The solar energy is used to produce hydrogen (by a PEM electrolyzer powered by thermal photovoltaic panels). To meet the intermittent nature of solar energy, it is used for hydrogen production. The hydrogen is used as fuel in the combustion chamber. The proposed gas turbine cycle consists of two high and low-pressure turbines and two compressors with an intercooler. A combined organic Rankine-vapor compression refrigeration cycle that uses the recovered heat from the gas turbine is used to produce refrigeration and air cooling in the interstage compressor. The obtained results provide that the combination of solar-based hydrogen production and biomass-based gas turbine leads to an increase in power production capacity. The proposed combined system provides an energy and exergy efficiency of 21% and 17% and the emission of 0.00884 kg/s of CO2. The highest capital cost rate among the components is attributed to the PEM electrolyzer, amounting to 15.44 $/hr, and the total cost of the products has reached 0.5627 $/MJ. Using an intercooler, the energy and exergy efficiencies of the system have increased by 6% and 4%, respectively.
Keywords: Trigeneration, Biomass, Solar, Exergoeconomic, Exergoenvironmental -
هدف از این تحلیل عددی با استفاده از روش شبکه بولتزمن (LBM)، بررسی این مطلب است که با چه راهکارهای در دسترسی می توان مقدار انتقال حرارت و آنتروپی تولیدشده را کنترل کرد. به این منظور، انتقال حرارت جابجایی ترکیبی نانوسیال غیرنیوتنی تحت اثر میدان مغناطیسی درون محفظه مربعی حاوی دیواره رسانا مورد تحلیل قرارگرفته است. اگرچه میدان مغناطیسی و سرعت حرکت دیواره عمودی محفظه ثابت در نظر گرفته شده اند، نتایج نشان داد که با تغییر موقعیت اعمال این پارامترها مشخصات جریان و ویژگی های انتقال حرارت به وجود آمده به شدت تحت تاثیر قرار می گیرند. چنانچه میدان مغناطیسی ازنظر مکانی همانند با موقعیت اعمال سرعت اعمال شود، اثر افزایش عدد هارتمن در کاهش عدد ناسلت متوسط مشهودتر می شود. برای داشتن بیشترین مقدار عدد ناسلت، باید حرکت یک سوم بالایی دیواره موردتوجه باشد ولی بااین حال بیشترین تاثیرپذیری جریان سیال از میدان مغناطیسی به ازای حرکت یک سوم میانی دیواره مشاهده شد. با افزایش فاصله دیواره رسانا از دیواره متحرک، عدد ناسلت متوسط تا 5/1 برابر بیشتر می شود. با کاهش نسبت هدایت حرارتی از 10 به 5/0 به طور میانگین عدد ناسلت تا حدود 55 درصد کاهش می یابد. اگرچه قدرت جریان و عدد ناسلت رابطه معکوس با شاخص توانی دارد ولی با کسر حجمی نانو ذرات رابطه مستقیم دارد. مقدار آنتروپی تولیدشده، رابطه مستقیم/معکوس با عدد ریچاردسون/شاخص توانی سیال دارد.
The purpose of this analysis using lattice Boltzmann method (LBM) is to investigate the matter with which strategies can be used to control the amount of heat transfer and entropy formation. For this goal, the mixed convection heat transfer of non-Newtonian nanofluid under the impact of the magnetic field inside the square chamber containing the conductor wall has been analyzed. The results depicted that the flow characteristics and heat transfer are strongly affected by changing the position in these places. If the magnetic field is applied at the same location as the speed application position, the effect of increasing the Hartmann number in reducing the average Nusselt number becomes more evident. In order to have the highest value of Nusselt number, CASE3 should be considered, however, the greatest impact of magnetic field on fluid flow was observed for CASE2. By increasing the distance between the conductive wall and the moving wall, the average Nusselt number increases up to 1.5 times. By decreasing the thermal conductivity ratio from 10 to 0.5, the average Nusselt number decreases to about 55%. The entropy value has a direct/inverse relationship with the Richardson number/power-law index.
Keywords: Conjugate heat transfer, Changing the position of applying magnetic field, Non-Newtonian nanofluid, Entropy generation, Changing the position of applying speed -
پژوهش حاضر به تحلیل انرژی، اگزرژی، اقتصادی و محیط زیستی یک چرخه رانکین آلی با هدف تولید همزمان توان، هیدروژن و آب شیرین با منبع انرژی ترکیبی زمین گرمایی و زیست توده می پردازد. در سیستم جدید پیشنهادی از مبادله کن های گرمایی مختلف به منظور بالا بردن راندمان اگزرژی سیستم استفاده شده است. همچنین عملکرد چرخه در دو حالت با و بدون انرژی زمین گرمایی مقایسه شده است. محاسبات نشان می دهد که بیشترین میزان تخریب اگزرژی برابر 4/119 کیلووات و مربوط به جوش آور می باشد. همچنین کمترین میزان فاکتور اگزرژواکونومیک برای جوش آور و برابر 31/12 درصد است. مقدار هیدروژن تولیدی و آب شیرین به ترتیب 58/1 لیتر بر ثانیه و 15/4 کیلوگرم بر ثانیه می باشد و با افزایش دمای منبع زمین گرمایی از 125 تا 160 درجه سلسیوس، مقدار هیدروژن و آب شیرین تولید شده به ترتیب به میزان 30 و 18 درصد افزایش پیدا می کند. در صورت عدم استفاده از انرژی زمین گرمایی و تامین کل انرژی توسط زیست توده، مقدار دی اکسید کربن منتشر شده به مقدار 68 درصد افزایش می یابد.
کلید واژگان: تولید همزمان، زمین گرمایی، زیست توده، چرخه آلی رانکین، اگزرژی اقتصادی، زیست محیطیThis study provides the energy, exergy, economic and environmental (4E) analysis of an organic Rankine cycle with the aim of producing power, hydrogen, and desalinated water with combined geothermal and biomass energy sources. In the proposed system, different heat exchangers have been used to increase the exergy efficiency of the system. Also, the cycle performance in both modes of with and without geothermal energy is compared. The results provide that the highest rate of exergy destruction is equal to 119.4 kW which is related to the boiler. Also, the lowest amount of exergoeconomic factor for the boiler is equal to 12.31%. The amount of produced hydrogen and desalinated water is equal to 1.58 lit/s and 15.15 kg/s, respectively. Moreover, with an increment in the temperature of the geothermal source from 125 to 160 C, the production rate of hydrogen and desalinated water are increased 30 and 18 %, respectively. In the case that geothermal energy is not used and all energy is supplied from biomass, the amount of carbon dioxide emission will increase by 68%.
Keywords: Cogeneration, Geothermal, Biomass, Organic Rankine Cycle, Exergoeconomc Analysis, Envinroment -
استفاده از سیستم های تولید همزمان در سال های اخیر با استقبال زیادی همراه بوده است. پژوهش حاضر به تحلیل انرژی، اگزرژی، اقتصادی و زیست محیطی (4E) یک سیکل ارگانیک رانکین با هدف تولید همزمان توان، هیدروژن و آب شیرین با منبع انرژی ترکیبی زمین گرمایی و حرارت بازیافتی می پردازد. در سیکل مذکور، سیال عامل ابتدا توسط حرارت بازیافتی پیش گرم شده و پس از آن توسط سه مبدل حرارتی اکونومایزر، اواپراتور و سوپرهیتر تا دمای ماکزیمم سیکل، سوپرهیت می شود. همچنین کارکرد سیستم در دو حالت با و بدون انرژی زمین گرمایی مقایسه شده است. نتایج نشان می دهد که بیشترین درصد تخریب اگزرژی برابر %35 و مربوط به الکترولایزر می باشد. همچنین کمترین مقدار فاکتور اگزرژواکونومیک برای الکترولایزر غشاء پروتونی و برابر 8/39 درصد است. میزان هیدروژن تولیدی و آب شیرین به ترتیب 1/64 لیتر بر ثانیه و 4/36 کیلوگرم بر ثانیه می باشد و با افزایش دمای منبع زمین گرمایی از 125 تا 155 درجه سانتیگراد، مقدار هیدروژن و آب شیرین تولید شده به ترتیب به میزان 29 و 17 درصد افزایش پیدا می کند. در صورت عدم استفاده از انرژی زمین گرمایی و تامین کل انرژی توسط حرارت بازیافتی، مقدار دی اکسیدکربن منتشر شده به مقدار 69 درصد افزایش می یابد.
کلید واژگان: سیستم تولید همزمان، زمین گرمایی، حرارت بازیافتی، اگزرژی اقتصادی، زیست محیطیThe usage of multi-generation systems is quickly developing in recent years. The present study analyzes the energy, exergy, economic and environmental (4E) of a novel Rankine organic cycle to produce power, hydrogen and fresh water with a combined energy source of geothermal and heat recovery. Also, the cycle performance in both modes with and without geothermal energy is compared. Calculations show that the highest percent of exergy destruction is equal to 35% and is related to the PEM Also, the lowest amount of exergoeconomic factor is calculated for the PEM is equal to 8.39 The amount of hydrogen and desalinated water produced is 1.64 lit/s and 4.36 kg/s, respectively. With increasing the temperature of the geothermal source from 125 to 155°C, the amount of hydrogen and desalinated water produced are 29 and 17 percentage increases, respectively. If geothermal energy is not used and all energy is supplied by heat recovery, the amount of carbon dioxide emitted will increase to 69%.
Keywords: CHP Production system, geothermal, Heat recovery, Exergoeconomc Analysis, Environment -
شبیه سازی عددی مسایل چند فازی با سطوح مشترک پیچیده و جریان های با نسبت چگالی بالا به دلیل پخش ذرات و واگرایی، یکی از چالش های حل عددی می باشد. تحلیل مسایل معدودی با روش هیدرودینامیک ذرات هموار مبتنی بر چگالی برای حل جریان های سطوح مشترک پیچیده صورت گرفته در حالی که اکثر شبیه سازی ها با روش هیدرودینامیک ذرات هموار تراکم ناپذیرانجام شده است. حل جریان های با نسبت چگالی بالا با روش هیدرودینامیک ذرات هموار با پراکندگی ذرات و واگرایی می باشد. برای رفع پراگندگی ذرات از روش های مختلف از جمله یک نیروی دافعه در سطح مشترک و یا روش تخصیص مقدار مجدد چگالی تصحیح شده استفاده شده است ولی مشکل از هم گسیختگی ذرات در سطح مشترک در زمان های بالاتر وجود دارد. در مطالعه حاضر، یک روش جدید هیدرودینامیکی ذرات هموار بر اساس چگالی استفاده شده است. به منظور جلوگیری از پخش ذرات مخصوصا در سطح مشترک در زمان های پایانی از یک روش ساده با حذف ذرات ناسازگار استفاده شده است. همچنین، طرح بهینه سازی جابجایی ذرات به منظور منظم سازی در سطح مشترک دو فاز با اجرای دقیق الگوریتم تغییر دو مرحله به گونه ای ایجاد شده است که توزیع منظم ذرات به طور پیوسته و محافظه کارانه ای حفظ می شود. برای بررسی دقت شبیه سازی، نتایج شبیه سازی عددی جریان های پوازویل دو فاز با نسبت های ویسکوزیته متفاوت، ناپایداری رینولدز-تیلور، بالا رفتن یک حباب در سیال با حل های تحلیلی و عددی مقایسه شده است که دقت و پیوستگی شبیه سازی حاضر بالاتر و یا همسان با دیگر شبیه سازی ها می باشد.
کلید واژگان: شبیه سازی، هیدرودینامیک ذرات هموار، جریانهای چند فازی، پخش ذراتNumerical simulation of multiphase problems with complex interface as well as high density ratios is one of the numerical challenges associated with particle scattering and divergence. Fewer problems have been performed with density-based smooth particle hydrodynamics (WCSPH) to solve complex joint surface currents, and most simulations have been performed using Incompressible Smooth Particle Hydrodynamics (ISPH). Solution of high density flows by the smooth particle hydrodynamics is associated with particle dispersion and divergence. Various methods have been used to eliminate the scattering of particles, such as a repulsive force at the interface or the corrected density re-value, but there is a problem of particle disintegration at the interface at higher times. In the present simulation, to simulate multiphase flows with complex surfaces and high density ratios, a new density-based smooth particle hydrodynamics approach has been utilized. To prevent the scattering of particles, especially at the interface at the end times, a simple method with the removal of incompatible particles is used. In the present study, the particle displacement optimization scheme for regularization at the interface of the phase is created by precisely implementing a two-stage change algorithm, so as to maintain the regular particle distribution continuously and conservatively. To examine the accuracy of the present simulation method, it is firstly compared with two-phase Poiseuille flow with three fluids having different values of viscosity, Reynolds-Taylor instability and single bubble rising in a fully filled container., Then it is compared with analytical and numerical solutions. The accuracy and consistency of the current simulation is higher or equal to other simulations.
Keywords: Smooth particle Hydrodynamic, Multiphase flows, simulation, Diffusion of particles -
در کار حاضر مقدارآنتروپی تولید شده ناشی ازانتقال حرارت دوگانه سیال با مدل توانی درون محفظه دو بعدی متمایل تحت اثرمیدان مغناطیسی یکنواخت و غیر یکنواخت با وجود جذب/تولید حرارت بررسی شده است. مهمترین نتایج عبارتنداز: (الف) قدرت جریان، مقدار انتقال حرارت و آنتروپی تولید شده با افزایش عدد هارتمن، کاهش عدد رایلی و افزایش شاخص توانی سیال، کاهش می یابد. (ب) با کاهش شاخص توانی سیال، اثر میدان مغناطیسی بارزتر می شود به نحوی که افزایش عدد هارتمن تا بیشترین مقدار، در حدود 52 درصد برای سیال نازک شونده و تا حدود 18 درصد برای سیال ضخیم شونده از مقدار عدد ناسلت متوسط می کاهد. (ج) برای دست یابی به جریانی با قدرت بیشتر و عدد ناسلت متوسط بالاتر می توان از میدان مغناطیسی به صورت غیر یکنواخت به خصوص TMF1 استفاده کرد. هر اندازه عدد هارتمن بیشتر باشد، تغییر در نوع اعمال میدان مغناطیسی مشهودتر است. اثر تغییر در نوع اعمال میدان مغناطیسی برای سیال ضخیم شونده کمترین است. (د) چنانچه نسبت هدایت حرارتی افزایش یابد، بیشترین مقدار عدد ناسلت متوسط حاصل می شود که در این حالت اثر افزایش عدد هارتمن و عدد رایلی محسوس تر می شود. (ه) کمترین مقدار انتقال حرارت، قدرت جریان و اثر میدان مغناطیسی زمانی حاصل می شود که محفظه در زاویه 90+ درجه قرار گیرد که در این حالت عدد ناسلت متوسط تا حدود 82 درصد کمتر از زاویه صفر است. (و) عدد بجان با افزایش ضریب جذب/تولید حرارت، افزایش عدد هارتمن، کاهش عدد رایلی و کاهش نسبت هدایت حرارتی، افزایش می یابد و بیشترین مقدار عدد بجان در زاویه 90+ درجه حاصل می شود.کلید واژگان: انتقال حرارت دوگانه، سیال با مدل توانی، میدان مغناطیسی یکنواخت و غیر یکنواخت، تولید آنتروپی، جذب، تولید حرارت یکنواخت، زاویه تمایل محفظهIn the present work the amount of entropy produced due to the conjugate heat transfer of power-law fluids during natural convection within the inclined chamber under magnetic field and heat absorption/production is investigated. Outcomes:1-The flow power,the amount of heat transfer and the entropy produced decrease with increasing Hartmann number, decreasing Rayleigh number and increasing the fluid power-law index.2-As the power-law index decreases,the influence of the magnetic field becomes more pronounced.The mean Nusselt number decreases by about 52% for shear thinning fluid and by about 18% for dilatant fluid by increasing the Hartmann number to the highest value.3-To achieve a current with higher power and higher average Nusselt number,the magnetic field can be used non-uniformly,especially TMF1. The larger the Hartmann number, the more pronounced the change in the type of magnetic field applied.The influence of the change in the type of magnetic field applied to the shear thickening fluid is minimal.4-As the thermal conductivity ratio increases, the maximum mean Nusselt number is obtained, in which case the impact of increasing the Hartmann number and the Rayleigh number becomes more pronounced.5-The minimum amount of heat transfer, current strength and magnetic field influence is obtained when the chamber is at an angle of +90 degrees,in which case the average Nusselt number is up to about 82% less than the zero angle.6-The Bejan number increases with increment of heat absorption/production coefficient,increasing Hartmann number, decreasing Rayleigh number and decrement of thermal conductivity ratio,and maximum the Bejan number is obtained at an angle of +90 degrees.Keywords: Conjugate heat transfer, Power-law liquids, Uniform, non-uniform magnetic field, Entropy generation, Uniform heat absorption, production, Inclination angle of chamber
-
هدف از این مقاله، بررسی میزان انتقال حرارت و آنتروپی تولید شده به واسطه جابجایی ترکیبی نانوسیال ترکیبی با لحاظ کردن تاثیر حرکت براونی ذرات درون حفره نیم بیضی شکل متمایل با درپوش متحرک است. میدان مغناطیسی به دو صورت یکنواخت و غیر یکنواخت از چپ به راست بر حفره اعمال می شود. شبیه سازی به وسیله روش شبکه بولتزمن با زمان آسایش چندگانه و با نوشتن کد رایانه ای به زبان فرترن صورت گرفته است. نتایج به صورت جداول، نمودارها، خطوط جریان، خطوط هم دما و خطوط آنتروپی ثابت ارایه شده است. تاثیر کسر حجمی نانوذرات) 06 / 0 - 0 (، عدد ریچاردسون) 1 / 0 ، 1 و 10 (، عدد هارتمن) 60 - 0 (نوع اعمال میدان مغناطیسی) یکنواخت و غیر یکنواخت (و زاویه چرخش حفره) 90 ،- 0 و 90 + درجه بر جریان شکل گرفته درون حفره بررسی شده است. نتایج نشان می دهد افزایش کسر حجمی نانوذرات سبب افزایش قدرت جریان، عدد ناسلت متوسط، آنتروپی حجمی کل و عدد بیجان می شود و بیشترین اثر برای عدد ریچاردسون 10 و زاویه تمایل 90 + درجه مشاهده می شود. در تمامی حالات، افزایش عدد هارتمن از قدرت جریان و میزان انتقال حرارت می کاهد و این اثر با افزایش عدد ریچاردسون، کاهش می یابد. با اعمال میدان مغناطیسی به صورت غیر یکنواخت می توان قدرت جریان را تا بیش از 80 درصد و میزان انتقال حرارت را تا 35 درصد افزایش داد. افزایش عدد هارتمن، تاثیر نوع اعمال میدان مغناطیسی را مشهودتر می سازد و انتقال حرارت، بیشترین سهم را در مقدار آنتروپی کل دارد. این مطالعه می تواند در طراحی بهینه تجهیزات صنعتی از جمله خنک سازی تجهیزات الکترونیکی، مفید واقع شود.
کلید واژگان: جابجایی ترکیبی، میدان مغناطیسی غیر یکنواخت، تولید آنتروپی، روش شبکه بولتزمن با زمان آسایش چندگانه، نانوسیال ترکیبی، حفره متمایلThe purpose of this paper is to investigate the heat transfer and entropy generated due to mixed convection of hybrid nanofluid inside the lid-driven semi-oval chamber. The magnetic field is applied uniformly and non-uniformly. The simulation is performed by MRT-LBM and by writing computer code in Fortran language. Effect of Richardson number (0.1, 1 and 10), nanoparticles volume fraction (0-0.06), Hartmann number (0-60), inclination angle of the chamber (-90, 0 and +90 degrees) and type of magnetic field applied (uniform and non-uniform) on the flow formed in the chamber is evaluated. The results show that increasing the volume fraction of nanoparticles increases the flow strength, average Nusselt number, total volumetric entropy and Bejan number and most of the effect is observed for Richardson number 10 and inclination angle +90°. In all cases, increasing the Hartmann number decreases maximum values of streamlines and heat transfer, and this effect decreases with increasing Richardson number. By applying a magnetic field non-uniformly, it can change the flow strength by more than 80% and increase the heat transfer to 35%. Increasing the Hartmann number makes the effect of the non-uniform magnetic field more obvious, and the heat transfer has the largest share in the total volumetric entropy.
Keywords: Mixed Convection, MRT-LBM, Non-uniform magnetic field, Entropy generation, Hybrid Nanofluid -
هوا گرم کن های خورشیدی مشبک را می توان به منظورگرمایش ساختما ن ها و فضا های بزرگ، کاربرد های صنعتی و خشک کردن محصولات کشاورزی استفاده نمود. ساختار جریان و مکانیسم های انتقال حرارت جابجایی بر عملکرد هوا گرم کن های خورشیدی مشبک بدون پوشش بسیار مهم است. در این هوا گرم کن ها هوا به وسیله صفحه جاذب مشبک (سوراخ دار) معمولا فلزی گرم می شود. در این تحقیق، از صفحه جاذب ازجنس مس استفاده شده است و برای دبی های به ترتیب (007/0 ، 01/0 ، 0125/0 ، 015/0) کیلوگرم بر ثانیه شبیه سازی عددی صورت گرفته است. برای این که شبیه سازی با واقعیت فیزیکی مسیله انطباق داشته باشد، شبیه سازی صورت گرفته به صورت سه بعدی، غیردایم با دامنه محاسباتی بزرگ و مکش پیوسته می باشد. پارامتر های راندمان حرارتی، دبی جریان و دمای خروجی مورد بررسی قرارگرفت. طبق نتایج بدست آمده، با کاهش دبی جرمی، دمای صفحه جاذب و به دنبال آن دمای هوای خروجی افزایش پیدا می کند؛ اما افزایش دمای صفحه جاذب بیشتر از افزایش دمای هوای خروجی است. با افزایش دبی، بازده حرارتی هواگرم کن خورشیدی صفحه تخت مشبک افزایش پیدا می کند که کمترین بازده در دبی 007/0 کیلوگرم برثانیه با مقدار51/66 درصد و بیشترین بازده در دبی 015/0 کیلوگرم بر ثانیه با مقدار02/78 درصد می باشد.
کلید واژگان: انرژی خورشیدی، کلکتورخورشیدی صفحه تخت مشبک بدون پوشش، آنالیز حرارتی و سیالاتی، بازده حرارتیthe flat solar heating transpired collector can be used for heat buildings and large spaces, industrial applications, and drying of agricultural products. The flow structure and convection heat transfer mechanisms are very important to the air performance of uncovered flat solar heating transpired collector. In these solar air heaters, the air is usually heated by a perforated absorber plate (metal). In this research, copper adsorbent plate has been used and numerical simulation has been performed for mass flow rate (0.007, 0.01, 0.0125, 0.015) kg/s. In order for the simulation to be consistent with the physical reality of the problem, the simulation is three-dimensional, non-continuous with a large computational range and continuous suction. Thermal efficiency, mass flow rate, and outlet temperature parameters were investigated. According to the obtained results, with decreasing mass flow rate, the temperature of the absorber plate and consequently the temperature of the outlet air increases; But increasing the temperature of the absorber plate is more than increasing the temperature of the outlet air. As the mass flow rate increases, the thermal efficiency of the flat solar heating transpired collector increases. The lowest efficiency in mass flow rate is 0.007 kg / s with 66.51 % and the highest efficiency in mass flow rate is 0.015 kg / s with 78.02 %.
Keywords: Solar energy, Unglazed transpired flat plate solar collector, Thermofluid numerical, Thermal efficiency -
نشریه کارافن، سال نوزدهم شماره 57 (بهار 1401)، صص 333 -355
در این پژوهش، آنالیز انرژی و اگزرژی برای قسمت های مختلف نیروگاه خورشیدی با مولد مستقیم بخار (DSG) با مقیاس برای شرایط جغرافیایی شهر یزد بررسی و مشاهده شد که بیشترین اتلاف انرژی در کندانسور و بیشترین اتلاف اگزرژی در بخش متمرکزکننده خورشیدی اتفاق می افتد. برای بهبود راندمان متمرکزکننده، بهتر است آب ورودی به آن توسط پیش گرم کن ها، گرم شود که برای این کار باید فشار و دبی جرمی بخار زیرکش از توربین بهینه شوند. برای فشارهای زیرکش مختلف در حالت هایی که سیکل دارای چندین پیش گرم کن می باشد، دبی زیرکش و بازده قانون اول و دوم ترمودینامیک بررسی شده اند تا حالت بهینه به دست آید. نتایج به دست آمده برای حالتی که سیکل دارای چهار پیش گرم کن می باشد، نشان می دهد که بازده قانون اول و دوم به ترتیب برابر با 2/17 درصد و 16 درصد است که مقدار قابل توجهی افزایش نسبت به حالتی که سیکل دارای یک یا دو یا سه پیش گرم کن بوده، داشته است؛ بنابراین طبق نتایج به دست آمده از بازده قانون اول و دوم و بازگشت ناپذیری اجزای نیروگاه می توان چرخه مقاله حاضر را برای شهر یزد پیشنهاد کرد.
کلید واژگان: آنالیز انرژی و اگزرژی، نیروگاه خورشیدی حرارت مستقیم، پیش گرم کن، فشار زیرکشKarafan, Volume:19 Issue: 57, 2022, PP 333 -355In this study, energy and exergy for different parts of a 5 MWe direct steam generation (DSG) solar power plant was analyzed for Yazd city climate. It was observed that the most energy in the condenser and the most exergy losses occurred in the parabolic solar concentrator. To improve the efficiency of the concentrator, this study recommends to preheat the water entering the concentrator with one or more open preheaters in which the extractions of steam from turbine should be optimized by their pressures and mass flow rates. For different cases in which the cycle has up to 4 preheaters, the efficiency of the first and second laws of thermodynamics was investigated. In the case of 4 preheaters, based on obtained results, it was revealed that the efficiency of the first and second laws were 17.2% and 16%, respectively which was a significant increase compared to the case where the cycle had one, two or three preheaters. Therefore, according to the obtained results from the efficiency of the first and second laws as well as the irreversibility of power plant components, the cycle of the present article can be recommended for the city of Yazd.
Keywords: Energy, exergy analysis Direct steam generation solar power plant, Water Open Preheater, Extraction, Bleed pressure -
در مطالعه حاضر، میزان آنتروپی تولید شده ناشی از انتقال حرارت دوگانه نانوسیال ترکیبی درون محفظه K شکل تحت اثر میدان مغناطیسی یکنواخت و غیریکنواخت و جذب/تولید گرما یکنواخت بررسی شده است. شبیه سازی با نوشتن کد رایانه ای به زبان فرترن و با استفاده از روش شبکه بولتزمن صورت پذیرفته است. تغییرات عدد رایلی، عدد هارتمن، ضریب جذب/تولید گرما، نسبت هدایت حرارتی، نسبت ابعاد محفظه و نوع اعمال میدان مغناطیسی و کسر حجمی نانوذرات به عنوان متغیرهای اصلی این بررسی مورد ارزیابی قرار گرفته اند. نتایج نشان داد می توان قدرت جریان، میزان انتقال حرارت و آنتروپی تولید شده را با اعمال میدان مغناطیسی کاهش داد. کاهش کمتر عدد ناسلت متوسط با غیر یکنواخت اعمال کردن میدان مغناطیسی حاصل می شود. افزایش ضریب جذب/تولید گرما به دلیل افزایش دمای مجموعه منجر به کاهش عدد ناسلت متوسط می شود که این اثر با افزایش عدد هارتمن، بیشتر می شود. افزودن نانوذرات به سیال پایه در حالتی که هدایت پدیده غالب است، موجب افزاش میزان انتقال حرارت می شود. انتقال حرارت تابعی از نسبت ضریب هدایت حرارتی و عدد رایلی بوده و افزایش این دو پارامتر اثرات جابجایی را افزایش می دهد و در این شرایط، اثر افزایش عدد هارتمن نمایان تر است. افزایش نسبت ابعاد محفظه منجر به کاهش عدد ناسلت متوسط و آنتروپی شده ولی اثر افزودن نانوذرات در این حالت بیشتر است. آنتروپی تولیدی با افزایش عدد هارتمن کاهش و با افزایش عدد رایلی و ضریب جذب/تولید گرما افزایش می یابد.
کلید واژگان: انتقال حرارت دوگانه، نانوسیال ترکیبی، میدان مغناطیسی غیر یکنواخت، تغییر نسبت ابعاد محفظه، تولید آنتروپی، جذب، تولید حرارت یکنواخت، روش شبکه بولتزمنIn the present study, the entropy generated due to the conjugate heat transfer of the hybrid nanofluid inside the K-shaped chamber under magnetic field and uniform heat absorption/generation is investigated. The simulation was performed by writing computer code in Fortran language using the lattice Boltzmann method. Variations in Rayleigh number, volumetric fraction of nanoparticles, Hartmann number, heat absorption/generation coefficient, thermal conductivity ratio, chamber aspect ratio and type of magnetic field applied have been evaluated as the main variables of this study. The findings showed that the flow strength, heat transfer rate and entropy produced could be reduced by applying a magnetic field. A lower reduction of the average Nusselt number is achieved by non-uniform application of a magnetic field. Increasing the heat absorption/generation coefficient due to increasing the set temperature leads to decreasing the mean Nusselt number, which this influence increases with increasing the Hartmann number. Addition of nanoparticles to the base fluid in which the conduction of the phenomenon is predominant, increases the rate of heat transfer. Heat transfer is a function of the ratio of thermal conductivity and Rayleigh number that increasing these two parameters increases the convection effects, and in this case, the effect of increasing the Hartmann number is more pronounced. Increasing the chamber aspect ratio leads to a decline in the mean Nusselt number and entropy production, but the effect of adding nanoparticles is greater in this case. Entropy production decreases with increasing Hartmann number and increases with Rayleigh number and heat absorption/generation coefficient.
Keywords: Conjugate Heat Transfer, Hybrid Nanofluid, Non Uniform Magnetic Field, Variation of Aspect Ratio, Entropy Production, Uniform Heat Absorption, Generation, Lattice Boltzmann Method -
هدف از مطالعه پیش رو، بررسی اثر جهت اعمال میدان مغناطیسی به دو صورت یکنواخت و غیریکنواخت بر انتقال حرارت سیال نیوتنی و غیرنیوتنی با مدل توانی با استفاده از روش شبکه بولتزمن با زمان آسایش چندگانه است. شبیه سازی با نوشتن کد رایانه ای به زبان فرترن صورت پذیرفته است. جابجایی طبیعی درون محفظه ای دو بعدی حاوی مانع لوزی شکل ایجاد می شود که این مانع در سه حالت دمایی مختلف بررسی می شود. دیواره سرد محفظه در سه شکل صاف، منحنی و مورب ارزیابی می شود. نتایج نشان می دهد، افزایش عدد رایلی و کاهش شاخص توانی و عدد هارتمن سبب افزایش قدرت جریان و میزان انتقال حرارت می شود. طراحی دیواره به صورت صاف به طور میانگین در حدود 70 درصد قدرت جریان و 30 درصد انتقال حرارت را افزایش می دهد. قرارگیری مانع در دمای ثابت سرد به طور متوسط سبب افزایش 20 درصدی عدد ناسلت متوسط می شود. اثر میدان مغناطیسی برای دیواره صاف بیشترین و برای دیواره مورب کمترین است و این اثر با افزایش شاخص توانی کاهش می یابد. در حالت کلی، غیریکنواخت اعمال کردن میدان مغناطیسی در حدود 10 درصد عدد ناسلت متوسط را افزایش می دهد و منجر به افزایش قدرت جریان می شود. نتایج نشان می دهد تاثیر شکل دیواره و نوع اعمال میدان مغناطیسی برای سیال ضخیم شونده، ناچیز است. کاهش بیشتر قدرت جریان و عدد ناسلت متوسط با اعمال میدان مغناطیسی به صورت افقی مشاهده می شود.کلید واژگان: جابجایی طبیعی، میدان مغناطیسی غیر یکنواخت، روش شبکه بولتزمن با زمان آسایش چندگانه، شکل مختلف دیواره، سیال با مدل توانی، شرط دمایی مختلف مانعThe purpose of this work is to investigate the effect of magnetic field direction on heat transfer of Newtonian and non-Newtonian fluids in both uniform and non-uniform forms, with the power-law model by using the multiple relaxation time lattice Boltzmann method (MRT-LBM) with written computer code by Fortran language. The natural convection is created in the two-dimensional cavity with lozenge barrier and is examined in three different temperature boundary conditions. The cold wall of the cavity is investigated in three modes: smooth, curved and diagonal. The results show that increasing the Rayleigh number and decreasing the power-law index and the Hatmann number increase the strength of fluid flow and heat transfer. The smooth design of the wall increases the average Nusselt number by about 30%. Placing the barrier at a constant cold temperature increases the average Nusselt number by 20% on average. The effect of the magnetic field is highest for the smooth wall and lowest for the diagonal wall and this effect decreases with increasing the power-law index. In general, an applied non-uniform magnetic field increases the average Nusselt number by about 10% and increases the flow strength. The effect of wall shape and type of magnetic field applied on shear thickening fluid is negligible. Further reduction of flow strength and average Nusselt number is observed by applying a magnetic field horizontally.Keywords: Natural Convection, Non Uniform Magnetic Field, Power-law Fluids, Multiple Relaxation Time Lattice Boltzmann Method, Different Wall Shape, Various Thermal Boundary of Barrier
-
در این تحقیق به کمک روش ترکیبی شبکه بولتزمن و نمایه هموار بستر سیالی مایع-جامد با سیال غیرنیوتنی قانون توانی مدل سازی شده است. هندسه بستر کانال استوانه ای حاوی ذرات کروی با قطرهای یکسان می باشد. مدل هیدرودینامیکی سیال بر مبنای روش شبکه بولتزمن باتناگار-گروس-کروک بوده و جهت برقراری شرط عدم لغزش در فصل مشترک جامد - مایع از روش نمایه هموار استفاده شده است. جهت بررسی قابلیت روش مطرح شده در مدل سازی بسترهای سیالی غیرنیوتنی، یک نمونه بستر سیالی با 416 ذره به صورت عددی مدل شده و نتایج مدل سازی برای یک سیال نیوتنی (آب) و دو سیال غیرنیوتنی قانون توانی به عنوان سیال عامل بستر بررسی و با نتایج تجربی ارایه شده توسط محققان مقایسه گردیده است. ارزیابی ها برای حداقل سرعت سیالیت سیالات غیرنیوتنی با رابطه تجربی یو انجام شده، همچنین برای تخلخل و ارتفاع بستر، نتایج مدل سازی سیال نیوتنی با رابطه تجربی ریچاردسون-زاکی و سیالات غیرنیوتنی با رابطه میشاس و آلبرچیوا مقایسه شده است، که با توجه به میزان خطای میانگین روابط تجربی استفاده شده در هر مورد توافق خوبی میان نتایج عددی و تجربی مشاهده شده است.کلید واژگان: بستر سیالی مایع-جامد، شبکه بولتزمن، نمایه هموار، سیال غیرنیوتنی قانون توانیIn the present study, a combined Lattice Boltzmann method-smoothed profile method is used for simulation of a liquid-solid fluidized bed with non-Newtonian Power-law fluids. The geometry is contained circular monodisperse particles in a cylindrical channel. The hydrodynamic model of the flow is based on the Bhatnagar–Gross–Krook Lattice Boltzmann method and the smoothed profile method is adopted to enforce the no-slip boundary condition at the liquid-solid interface. A numerical instance of a fluidized bed involving 416 particles is presented to demonstrate the capability of the combined scheme. The results for both Newtonian and non-Newtonian liquids have compared with the experimental results of other researchers. Porosity and bed height results of Newtonian fluid (water) compared with the Richardson-Zaki equation which was showed good correspondence. Non-Newtonian fluid results compared with the Yu equation for estimating minimum fluidization velocity and the Machač-Ulbrichová equation for porosity and bed height, yet by considering uncertainty in non-Newtonian equations results of comparisons are acceptable.Keywords: Liquid-solid fluidized bed, lattice Boltzmann method, Smoothed Profile Method, Non-Newtonian Power-law fluid
-
در کار حاضر اثر میدان مغناطیسی، تغییرات زاویه تمایل محفظه و شکل نانوذره بر میدان جریان و انتقال حرارت جابه جایی طبیعی نانوسیال آب- آلومینا با وجود تولید/ جذب حرارت یکنواخت درون محفظه ربع دایره ای شکل به روش شبکه بولتزمن بررسی شده است. دیواره منحنی و دیواره های مورب محفظه به ترتیب در دمای ثابت سرد و گرم قرار دارند. کسر حجمی نانوذره، صفر، 0/02 و 0/04، عدد هارتمن صفر، 15، 30، 45 و 60، ضریب تولید/ جذب حرارت 5-، صفر و 5+ و زاویه تمایل 45، 135 و 225 درجه، در نظر گرفته شده اند. دقت بالای نتایج حاصل شده در مقایسه با مطالعات قبلی، درستی برنامه نوشته شده به زبان فرترن را تایید کرد. نتایج نشان می دهد در تمامی حالات، افزایش عدد هارتمن منجر به کاهش سرعت و قدرت جریان سیال درون محفظه می شود که این تاثیر برای در زاویه 225 درجه، کمترین است. همچنین افزایش قدرت میدان مغناطیسی به طور میانگین منجر به کاهش 28 ، 23 و 7 درصدی عدد ناسلت متوسط به ترتیب برای زوایای 45، 135 و 225 درجه می شود. ضریب تولید/ جذب حرارت پارامتر تعیین کننده ای بر میزان اثربخشی میدان مغناطیسی و افزودن نانوذرات است. به طور میانگین، تولید حرارت منجر به کاهش 71، 98 و 145 درصدی عدد ناسلت متوسط به ترتیب برای زوایای 45، 135 و 225 درجه می شود. در حالت کلی کمترین مقدار عدد ناسلت متوسط مربوط به زاویه 225 درجه است ولی تاثیر افزودن نانوذرات در افزایش عدد ناسلت متوسط در این زاویه، بیشترین است. عموما افزایش درصد نانوذره، به طور میانگین منجر به افزایش 12 درصدی عدد ناسلت متوسط می شود. تاثیر شکل نانوذرات با افزایش کسر حجمی مشهودتر است. بیشترین مقدار انتقال حرارت مربوط به نانوذره استوانه ای شکل بوده که در این حالت عدد ناسلت متوسط به طور میانگین در حدود 6 درصد بیشتر از حالت کروی است.
کلید واژگان: جابه جایی طبیعی، شکل نانوذره، میدان مغناطیسی، ضریب تولید، جذب حرارت، محفظه متمایلIn the present work, the effect of magnetic field, changes in the angle of inclination of the cavity and the shape of nanoparticles on the flow field and heat transfer of water-alumina with uniform heat generation/absorption is investigated by Lattice Boltzmann method (LBM). The curved wall and the diagonal walls of the cavity are at a constant temperature of hot and cold, respectively. Nanoparticle volume fraction of 0, 0.02 and 0.04, Hartmann number of 0, 15, 30, 45 and 60, heat generation/absorption coefficient of -5, 0 and +5 and inclination angle of 45, 135 and 225 degrees are studied. The high accuracy of the results compared to previous studies confirmed the correctness of the code written in Fortran language. The results shows that in all cases, increasing the Hartmann number leads to a decrease in the maximum value of the streamlines and the average Nusselt number, with the lowest effect at 225 degrees. Also increasing the strength of the magnetic field leads to an average decrease of 28, 23 and 7% of the average Nusselt number for angles of 45, 135 and 225 degrees, respectively. Increasing the heat generation/absorption coefficient is a determining factor in the effectiveness of the magnetic field and adding nanoparticles, and increasing it reduces the amount of heat transfer. On average, heat generation reduces the average Nusselt number by 71, 98, and 145 percent for the angles of 45, 135, and 225 degrees, respectively. In general, the lowest value of the average Nusselt number is related to the angle of 225 degrees, but the effect of adding nanoparticles in increasing the average Nusselt number is the highest at this angle. Generally, an increase in the percentage of nanoparticles leads to an average increase of 12% in the average Nusselt number. The effect of nanoparticle shape is more apparent with increasing their volume fraction. The highest amount of heat transfer is related to the cylindrical nanoparticles, in which the average Nusselt number is on average about 6% higher than the spherical state.
Keywords: Natural convection, Nanoparticle shape, Magnetic field, Heat generation, absorption coefficient, Inclined cavity -
مطالعه حاضر به بررسی و تحلیل عددی جریان الکترواسموتیک همراه با فشار محرک در سیالات نیوتنی می پردازد. معادلات دو بعدی لاپلاس، پواسون-بولتزمن و مومنتوم با استفاده از روش هیدرودینامیک ذرات هموار در یک میکروکانال مستطیلی به صورت عددی حل می شوند. به منظور بهبود روش هیدرودینامیک ذرات هموار از یک الگوریتم بهبود یافته و خوش رفتار برای تحلیل مسایل در میکروکانالها استفاده شده است. جهت اعتبارسنجی الگوریتم اثر پارامترهای پتانسیل زتا و گرادیان فشار اعمالی مورد بررسی قرار گرفته است و با نتایج تحلیلی و عددی مقایسه شده است. در وصله میانی میکروکانال که پتانسیل الکتریکی حضور دارد نیروی حجمی ناشی از جریان الکترواسموتیک روی توزیع سهموی سرعت اثر گذاشته و این اثر در مقاله مورد بحث قرار گرفته و تاثیر تغییر پتانسیل زتا و گرادیان فشار اعمالی بر روی جریان نشان داده شده است. نتایج نشان می دهد که افزایش گرادیان فشار اعمالی باعث می شود سهم توزیع سهموی سرعت در پروفیل سرعت در ناحیه ترکیبی بیشتر شود و توزیع سرعت به سهموی تخت نزدیک شود درحالیکه افزایش پتانسیل زتا باعث می شود سرعت در لایه دوگانه الکتریکی بیشتر شده و توزیع سرعت به شکل زین اسبی در آید.
کلید واژگان: جریان الکترواسموتیک، هیدرودینامیک ذرات هموار، میکرو کانال مستطیلیThis study investigates a numerical analysis of the electroosmotic / pressure driven flow in Newtonian fluids. Laplace, Poisson-Boltzmann and Momentum two-dimensional equations are solved numerically in a rectangular microchannel using the smooth particle hydrodynamics method. In order to improve the smooth particle hydrodynamics method, an improved and well-behaved algorithm has been used to solve problems in microchannels. To validating the algorithm, the effect of the zeta potential and the applied pressure gradient parameters on the flow has also been researched and compared with analytical and numerical results. In the middle patch of the microchannel where there is an electric potential, the volumetric force caused by the electroosmotic flow affects the parabolic velocity distribution and this impact is discussed in this article. The effect of changing the zeta potential and pressure gradient on the flow has been shown as well. The results show increasing in the applied pressure gradient increases the share of the parabolic of velocity distribution in the velocity profile in the mixed region and the velocity distribution becomes flat parabolic, while increasing the zeta potential increases the velocity in the electric double layer and the velocity distribution takes the form of a horse saddle.
Keywords: Electroosmotic flow, Smooth Particle Hydrodynamics, Rectangular microchannels -
در این مطالعه اثر میدان مغناطیسی و شکل و نسبت ابعاد دیواره محفظه بر انتقال حرارت جابجایی طبیعی سیال غیرنیوتنی با مدل توانی به روش شبکه بولتزمن بررسی شده است.دیواره سمت چپ و راست بترتیب در دمای ثابت گرم و سردقرار دارد و سایر دیواره ها آدیاباتیک هستند.تاثیر پارامترهایی چون عدد هارتمن، شاخص توانی سیال غیرنیوتنی، نسبت ابعاد و شکل دیواره محفظه بررسی شده است.نتایج نشان میدهد افزایش شاخص توانی، نسبت ابعاد و عدد هارتمن سبب کاهش عدد ناسلت متوسط میگردد.عموما بیشترین انتقال حرارت مربوط به حالتی است که دیواره مورب باشد.افزایش شاخص توانی سبب کاهش اثر میدان مغناطیسی میگردد.
کلید واژگان: روش شبکه بولتزمن، جابجایی طبیعی، سیال غیرنیوتنی، میدان مغناطیسی، شکل مختلف دیوارهIn this paper, the effect of shape and aspect ratio of wall on natural convection heat transfer of non-Newtonian fluid with power law model within two-dimensional enclosure in the presence of a uniform magnetic field by lattice Boltzmann method (LBM) is investigated. The left wall is at a constant hot temperature, while the right wall is kept on cold constant temperature and other walls are considered adiabatic. In this simulation, the flow field and temperature are calculated by simultaneously solving the flow and temperature distribution functions. The effect of various parameters such as Hartmann number, aspect ratio, different shape of the wall and power index of non-Newtonian fluid is investigated. The results show that increasing power index, aspect ratio and Hartmann number decrease the average Nusselt number. Also, the highest amount of heat transfer is generally associated with the case of a triangular wall. In addition, increasing the power index reduces the effect of the magnetic field.
Keywords: Lattice Boltzmann Method, Natural convection, Non-Newtonian fluid, Magnetic field, Different wall shape -
هدف از این تحقیق شبیه سازی سه بعدی جریان حول توربین باد عمود محور در ابعاد واقعی تحت تاثیر نیروهای حجمی حاصل از عملگر پلاسمایی می باشد. بدین منظور، ابتدا عملگر پلاسمایی بر روی یک صفحه تخت که در شرایط هوای ساکن قرار دارد، شبیه سازی شده و نتایج با مدل مرجع اعتبارسنجی گردید. سپس به منظور کاربرد عملگر بر روی توربین باد و به دلیل حساسیت جریان و تاثیر نامطلوب حضور عملگر بر روی سطح پره ها، ایده ی اعمال آن درون سطح پره های توربین اولین بار در این پژوهش بکار گرفته شد. بدین منظور ابتدا توربین باد ابعاد واقعی530 جی بصورت دو بعدی و سه بعدی شبیه سازی و با نتایج تجربی اعتبارسنجی گردید. در آخر، عملگر پلاسما درون سطح پره های توربین عمود محور و بر روی تمام سطح آن ها بصورت متوالی و همزمان اعمال شد. نتایج نشان داد اعمال عملگر با این شرایط خاص، سبب تغییر الگوی جریان بر روی پره ی توربین باد واقعی شده و در نتیجه توان خروجی به میزان 3 درصد افزایش می یابد. آنچه حایز اهمیت می باشد این است که توان در یک توربین بادی محور عمودی مقیاس واقعی با استفاده از تکنولوژی عملگر پلاسما می تواند افزایش یابد. همچنین اعمال عملگر درون سطح پره ها تاثیر در کارایی عملگر نخواهد داشت.
کلید واژگان: کنترل فعال، عملگر پلاسمایی، توربین باد محور عمودی مقیاس واقعیThe present study numerically investigates the feasibility of using multiple dielectric barrier discharge multi-DBD plasma actuators inside the surface of geometry as a novel approach for active flow control over a large vertical axis wind turbine. For this reason, the plasma actuator is modeled based on Suzen Model and the results are validated. Then, a computational study is carried out on a commercial large scale vertical -axis wind turbine to examine the effect of the presence of the plasma actuator. The 530G vertical-Axis wind turbine is used as the baseline case. The plasma actuator was applied inside the surface of the blades of turbine and on all their surfaces in a sequential and simultaneous way. Plasma actuator is one of the newest devices in flow control techniques which can delay separation by inducing external momentum to the boundary layer of the flow. It is revealed that the use of multi-DBD actuators could enhance the induced velocity; this affects the pressure distribution and increases the aerodynamic torque. Consequently, an averaged power increase of 3 % was achieved. Possibility of increase in wind turbine power even in a commercial scale large turbine has been proved by flow separation control using the plasma actuation technology. In addition, the application of the plasma inside the surface of the blades will not effect on its performance.
Keywords: Active Control, Plasma Actuator, Commercial Large Scale Vertical-Axis Wind Turbine -
در مطالعه حاضر، برای اولین بار، اثر جهت حرکت دیواره های محفظه ربع دایره ای شکل متخلخل بر انتقال حرارت جابجایی ترکیبی با وجود جذب/تولید حرارت یکنواخت به روش شبکه بولتزمن بررسی شده است. میدان مغناطیسی به دو صورت یکنواخت و پریودیک بر محفظه اعمال می گردد. جابجایی ترکیبی بر اثر حرکت دیواره ها در جهات مختلف به وجود می آید. نتایج نشان می دهد که افزایش عدد ریچاردسون، عدد هارتمن، ضریب جذب/تولید حرارت و کاهش ضریب تخلخل سبب کاهش عدد ناسلت متوسط می شود. با ثابت ماندن تمامی پارامترها، بیشترین مقدار عدد ناسلت متوسط مربوط به زاویه اعمال سرعت 90 درجه است که در این حالت عدد ناسلت متوسط در حدود 25 درصد بیشتر است. همچنین افزایش عدد ریچاردسون سبب کاهش تاثیر اعمال میدان مغناطیسی می شود. پریودیک اعمال کردن میدان مغناطیسی در مقایسه با اعمال یکنواخت، حدود 30 درصد انتقال حرارت بیشتری را منجر می شود. افزایش ضریب تخلخل، اثر عدد هارتمن و زاویه اعمال سرعت را افزایش می دهد. افزایش هم زمان ضریب جذب/تولید حرارت و عدد هارتمن، کاهش بیشتر عدد ناسلت متوسط را در پی دارد.
کلید واژگان: جابجایی ترکیبی، جذب، تولید حرارت یکنواخت، روش شبکه بولتزمن، زاویه اعمال سرعت، محیط متخلخل، میدان مغناطیسی پریودیکIn this paper for the first time, the effect of direction of wall movement on mixed convection in circle quarter porous enclosure with heat absorption/generation is investigated by LBM. The magnetic field is applied to the enclosure in uniform and periodic forms. Mixed convection is caused by the movement of walls at different angles. The results show that increasing the Richardson number, Hartmann number, heat absorption/generation coefficient and decrease the porosity coefficient reduce the average Nusselt number. With fixed all parameters the maximum value of the average Nusselt number is related to the 90 ° velocity angle, in which case the average Nusselt number is about 25% higher. Increasing the Richardson number reduces the effect of the magnetic field. Periodic applied of a magnetic field results in about 30% more than uniform applied. Increasing the porosity coefficient also increases the effect of the Hartmann number and the angle of wall movement. It is observed that the simultaneous increase of the heat absorption/generation coefficient and the Hartmann number lead to a further decrease of the average Nusselt number.
Keywords: : Uniform Heat Absorption, Generation, Mixed Convection, Lattice Boltzmann Method, Direction of wall movement, Porous Medium, Periodic magnetic field -
در این پژوهش روش کوپل دو طرفه اندرکنش دو طرفه سیال با سازه برای شبیه سازی بال غشایی مورد مصرف در هواپیماهای فوق سبک ارایه شده است. به این منظور، مدلسازی عددی توسط نرم افزار Ansys و با استفاده از دو حلگر مجزا یکی برای سیال و دیگری برای سازه انجام گرفته است. برخلاف روش یک طرفه، در روش کوپل دو طرفه تغییر شکل بال غشایی در هر گام زمانی مورد توجه قرار می گیرد که باعث افزایش دقت شبیه سازی می گردد. بال غشایی از پوشش پارچه روی پلن ناکا 2418 ساخته شده است. پارچه ارتوتروپیک و غیر متخلخل در نظر گرفته شده است. تاثیر زاویه حمله، مدول یانگ و ضخامت نمونه، روی ضرایب آیرودینامیکی و تغییر شکل بال غشایی بررسی و شبیه سازی ها در عدد رینولدز105 1× انجام شد. نتایج نشان می دهد که افزایش مدول یانگ، باعث افزایش 18 درصدی ضریب برآ و کاهش 75 و 78 درصدی حداکثر جابجایی بال غشایی در جهت X و Y می گردد. افزایش ضخامت نیز، باعث کاهش 85 و 80 درصدی حداکثر جابجایی بال غشایی در جهت X و Y شد.
کلید واژگان: اندرکنش سیال با سازه، بال غشایی، مدول یانگ، ضرایب آیرودینامیکی، ضخامت پارچه، جابجایی بال غشاییIn this study the strongly coupled method (two-way fluid structural interaction (FSI)) is presented to simulate the membrane wings used in ultralight aircraft. In the present study, numerical modeling is performed by commercial software ANSYS using two separate solvers one for fluid and one for structure. Unlike the one-way method, the two-way coupled method, membrane wing deformation is considered at each time step, which increases the accuracy of the simulation. The membrane wings are made of fabric covering on the naca 2418 plan. fabric is considered to be orthotropic and non-porous. Influence of angle of attack, Young's modulus and thickness of fabric on the aerodynamic coefficients and membrane wing deformation were investigated. All simulations were performed at Re=100000. The results show that increasing the Young’s modulus from 180.25 to 270 MPa reduces the maximum membrane displacement in X and Y direction by 81% and 78%, respectively. Increasing the fabric thickness from 0.4 to 0.6 mm also reduced the maximum displacement of the membrane wings in the X and Y directions by 85 and 80%, respectively.
Keywords: Fluid structure interaction (FSI), Membrane wing, Young's modulus, Aerodynamic coefficients, Thickness of fabric, Membrane displacement -
در مطالعه حاضر اختلاط دو سیال با لزجت های متفاوت در یک میکرو کانال مجهز به پره نوسانی منحنی شکل به روش شبکه بولتزمن با زمان آسایش چندگانه شبیه سازی شده و اثرات شکل هندسی، سرعت و دامنه نوسان پره منحنی شکل و نسبت لگاریتمی لزجت بر بازده اختلاط بررسی شده است. اکثر مطالعات صورت گرفته، به بررسی اختلاط دو سیال کاملا یکسان پرداخته اند درصورتی که اختلاط زمانی مفهوم پیدا می کند که خواص دو سیال مخلوط شونده متفاوت باشد. همچنین در مطالعات صورت گرفته در زمینه اختلاط، پره در میکرو کانال به شکل استوانه و یا مستطیل در نظر گرفته شده است. در این تحقیق برای اولین بار از پره منحنی شکل جهت اختلاط دو سیال با لزجت متفاوت استفاده شده است. شبیه سازی در عدد رینولدز 80، عدد اشمیت 10 انجام شده و برای پره منحنی از شکل ایرفویل NASA/LANGLEY LS(1)-0417 (GA(W)-1) استفاده شده است. در بررسی اثر شکل هندسی، نتایج نشان داد که بازده اختلاط دو سیال با لزجت یکسان و متفاوت، در میکرو کانال مجهز به پره منحنی شکل بالاتر از میکرو کانال مجهز به پره مستطیل شکل است. نتایج بررسی اثر سرعت و دامنه نوسان پره بر بازده نیز نشان داد که در دامنه های نوسان بررسی شده با افزایش عدد استروهال، بازده نیز افزایش می یابد و بازده اختلاط در دامنه نوسان 5/0 در تمام اعداد استروهال بررسی شده یک مقدار بهینه را دارد. همچنین با افزایش نسبت لگاریتمی لزجت در اعداد استروهال بررسی شده، بازده کاهش می یابد و این کاهش در اعداد استروهال بالا قابل ملاحظه است.کلید واژگان: اختلاط، میکرو کانال، لزجت متفاوت، روش شبکه بولتزمن با زمان آسایش چندگانه، پره منحنی شکل نوسانیIn the present study, mixing of two fluids of different viscosities in a micro channel with an oscillating curved stirrer was simulated by MRT-LBM and the effect of geometric shape, oscillating speed and amplitude and viscosity logarithmic ratio on mixing efficiency was analyzed. Most researches in this field have studied the mixing of two same fluids but the mixing makes sense when two miscible fluids have different properties. Also in these researches, stirrers in micro channel are considered cylinder or rectangle shape. In this study, a curved stirrer was used for mixing two fluids of different viscosities in micro channel for the first time. The simulation was performed at Re=80 and Sc=10 and NASA/LANGLEY LS(1)-0417 (GA(W)-1) airfoil shape was used for curved stirrer. At the study of geometric shape, results showed that mixing efficiency of two fluids of same and different viscosities in micro channel with oscillating curved stirrer was higher than micro channel with oscillating rectangle stirrer. The results of stirrer oscillating amplitude and velocity survey revealed that increase in Strouhal number causes increase in mixing efficiency on studied oscillating amplitude and Optimum efficiency is on oscillating amplitude 0.5 on all studied Strouhal numbers. Also mixing efficiency decreases with increase of viscosity logarithmic ratio on studied Strouhal numbers and this decrease is noticeable in high Strouhal numbers.Keywords: Mixing, Micro channel, Different viscosities, MRT-LBM, Oscillating curved stirrer
-
هدف پژوهش حاضر شبیه سازی جریان چندلایه از نوع هسته- حلقه درون یک کانال دوبعدی است که در آن سیال نیوتنی در هسته قرار گرفته و بوسیله سیال ویسکوپلاستیک از نوع نظم یافته بینگهام به عنوان روانکار احاطه شده است. این شبیه سازی بر اساس تکنیک حجم سیال انجام گرفته، و در نواحی اختلاط دو سیال، تنش از درونیابی هارمونیک به دست آمده است. معادلات جریان و غلظت، به روش المان طیفی گسسته سازی مکانی شده اند. طرح تصحیح سرعت، به عنوان یک الگوریتم مرتبه بالا، برای جدا سازی متغیرهای سرعت و فشار برای جریان دو فاز با روان کار ویسکوپلاستیک توسعه، داده شده است. اعمال فرضیات جریان توسعه یافته، منجر به معادله غیر خطی در ناحیه پلاستیک جریان می شود که به صورت عددی حل شده و به عنوان حل نیمه تحلیلی شناخته می شود. این حل برای اعتبار سنجی نتایج المان طیفی، در کنار کارهای گذشته، استفاده شده است. اثر پارامترهای اصلی جریان، یعنی عدد بینگهام، نسبت لزجت دو سیال و ضخامت هسته، بر افت فشار و ضخامت ناحیه تسلیم نشده مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که در عدد رینولدز ثابت، عدد بینگهام نسبت به ضخامت هسته و نسبت لزجت دو سیال، تاثیر بیشتری بر افت فشار و ضخامت ناحیه تسلیم نشده دارد. همچنین توزیع متغیرهای ثانویه، شامل لزجت ظاهری و تنش برشی، در مقطع کانال ارایه شده و نشان می دهد وجود اختلاط در مرز دو سیال در عدد پکله محدود، باعث تفاوت بین حل عددی و نیمه تحلیلی می گردد.
کلید واژگان: روش المان طیفی، جریان هسته- حلقه، کانال دوبعدی، روانکار ویسکوپلاستیک، حل نیمه تحلیلیThe aim of this research is the simulation of multi-layer flows of the core-annular type in a 2-dimensional channels, in which the Newtonian fluid in the core is surrounded by a viscoplastic fluid of the regularized Bingham type as a lubricant. This simulation is based on the volume of fluid technique and in the mixing regions of the two fluids, the stress is achieved by harmonic interpolation. Flow and concentration equations are discretized spatially by spectral element method. The velocity correction scheme, as a high order algorithm, is developed for splitting the velocity and pressure variables for the viscoplastically lubricated two phase flow. Applying the developed flow considerations leads to a nonlinear equation in the plastic region of the flow, which is solved numerically and is called semi-analytic solution. This solution, along with previously published works, is used to validate the spectral element results. The effect of the main parameters of the flow, i.e. Bingham number, viscosity ratio and core thickness on the pressure drop and un-yielded region thickness is evaluated. The results show that, for constant Reynolds number, the Bingham number is the most effective parameter on the pressure drop and un-yielded region thickness, respect to the core flow thickness and viscosity ratio. Also the profiles of secondary variables, including apparent viscosity and shear stress, across the channel section is presented and show that in the interface of the fluids, there is a difference between numerical and semi-analytic solutions due to the mixing of the two fluids.
Keywords: Spectral Element Method, Core-Annular Flow, Two-Dimensional Channel, Viscoplastic lubricant, Semi-Analytic Solution
- در این صفحه نام مورد نظر در اسامی نویسندگان مقالات جستجو میشود. ممکن است نتایج شامل مطالب نویسندگان هم نام و حتی در رشتههای مختلف باشد.
- همه مقالات ترجمه فارسی یا انگلیسی ندارند پس ممکن است مقالاتی باشند که نام نویسنده مورد نظر شما به صورت معادل فارسی یا انگلیسی آن درج شده باشد. در صفحه جستجوی پیشرفته میتوانید همزمان نام فارسی و انگلیسی نویسنده را درج نمایید.
- در صورتی که میخواهید جستجو را با شرایط متفاوت تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مطالب نشریات مراجعه کنید.