فهرست مطالب

Journal of Heat and Mass Transfer Research
Volume:7 Issue: 2, Summer-Autumn 2020

  • تاریخ انتشار: 1400/01/10
  • تعداد عناوین: 8
|
  • صفحات 117-129

    هایپرترمیا یکی از روش های درمان سرطان می باشد به طوری که دمای تومور تا حدی بالا می رود که تخریب سلول های تومور مشاهده گردد. این مقاله درباره تخمین منبع حرارتی برای از بین بردن سلو لهای سرطانی سینه بحث می کند. هندسه بافت سینه مانند یک نیمکره در نظر گرفته شده که شامل سه لایه عضله، غده و چربی می باشد. برای حل مسئله معکوس انتقال حرارت با بکار گیری معادله زیست گرمایی پنس در سیستم مختصات متقارن محوری از روش گرادیان مزدوج استفاده شده است. به طوری که معادلات از صفحه فیزیکی(r,z) که ناهموار است به صفحه محاسباتی (ξ, η) که دارای شبکه هموار است منتقل شده اند. عملکرد الگوریتم در نقطه ای با موقعیت (5،2) با در نظر گرفتن دو بازه افزایش دمایی ارزیابی شده است. نتایج بدست آمده دقت و ماندگاری این الگوریتم را تایید می کند و این ایده را برای کاربردهای عملی درمان سرطان سینه امید بخش می کند.

  • صفحات 131-141
    حل های تحلیلی جریان لغزشی گازها در یک میکروکانال با مقاطع عرضی مختلف، نقش مهمی را در فهم رفتار فیزیکی گازها و دیگر پدیده های مربوط به آن ایفا می کند. در این تحقیق، جریان کاملا توسعه یافته لغزشی گاز غیر ایده آل در میکروکانال با مقطع قطاع دایره به روش نگاشت همدیس و انتقال انتگرال برای رسیدن به حل دقیق تحلیلی بررسی شده است. معادله واندروالس به عنوان معادله حالت گاز غیر ایده آل به کار گرفته شده است. مدل هایی برای پیش بینی سرعت متوسط و لحظه ای، عدد پوازی و نسبت چگالی برای شرایطی که در آن شعاع کوچک مقطع عرضی قطاع دایره برابر صفر (r1*→0) و مخالف صفر (r1*≠0, r1*=10µm) ارایه شده است. فرآیند رقیق سازی و اثرات لغزش دیواره مهمترین پدیده های فیزیکی هستند که مطالعه شده است. نتایج نشان می دهد که فرآیند رقیق سازی به عدد نادسن و هندسه مقطع عرضی وابسته است. برای صحت سنجی حل، نتایج مسئله با حل دقیق تحلیلی و عددی مقایسه شده است. تطابق خوبی بین مطالعه حاضر و حل های دیگر تایید شده است.
  • صفحات 143-154
    قبل از اینکه کاهش فشار در ایستگاه تقلیل فشارگاز اتفاق بیفتد، لازم است، پیش گرمایش در جریان گاز طبیعی انجام شود. این موضوع سبب می گردد جریان گاز همواره در منطقه عدم تشکیل هیدرات قرار گیرد. بدین منظور از گرم کن استفاده می شود. در حال حاضر روش دقیقی برای تعیین نقطه تنظیم گرم کن ها وجود نداشته و معمولا گاز تا دمای بالاتر از دمای مورد نیاز گرم می شود که این امر باعث اتلاف انرژی خواهد شد. در این مقاله به منظور جلوگیری از تشکیل هیدرات و همچنین جلوگیری از اتلاف انرژی در اثر مکانیزم عملکرد شیرهای فشارشکن، با تحلیل کاربردی به وسیله معادلات حاکم بر ترمودینامیک و در نظر گرفتن انحراف گاز طبیعی از حالت گاز کامل، با استفاده از نرم افزار متلب به محاسبه دمای خروجی گاز در عبور از شیر فشارشکن پرداخته شد. در نتیجه با پیش بینی دمای خروجی گاز و با به-کارگیری مکانیزمهای کنترلی، این دما را به دمای استاندارد نزدیک نمود به طوری که در ایستگاه مورد مطالعه، ضمن جلوگیری از تشکیل پدیده مخرب و خطرناک هیدرات، از اتلاف 7/7983 متر مکعب استاندارد گاز طبیعی و از انتشار 29/15 تن گاز گلخانه ای در طی یک سال اجتناب گردید. برای انجام آنالیز اقتصادی، از روش دوره بازگشت سرمایه استفاده شد. دوره بازگشت سرمایه سیستم کنترل پیشنهاد شده در این مقاله، کمتر از یک سال محاسبه گردید. نتایج مقایسه بین دمای خروجی اندازه گیری شده و دمای محاسبه شده از طریق نرم افزار به طور متوسط، اختلاف % 9 را نشان می دهد.
  • صفحات 155-163
    در مطالعه حاضر، رفتار گرمایی و ریولوژیکی نانوسیال غیرنیوتنی قاعده توانی /CMC CuO در یک لوله با استفاده از نرم افزار ANSYS FLUENT مورد مطالعه قرار گرفته است. شار حرارتی ثابت 6000 وات بر مترمربع به دیواره های لوله اعمال می شود و لزجت نانوسیال به عنوان تابعی از سرعت برشی و دما به طور همزمان فرض می شود. دو پروفایل سرعت به عنوان شرایط مرزی ورودی در نظر گرفته می شود: سرعت کاملا توسعه یافته و سرعت یکنواخت. کسر حجمی صفر تا 4 درصد و اعداد رینولدز 600 تا1500 در شبیه سازی ها در نظر گرفته شده است. برای هر دو پروفایل سرعت، دما و سرعت برشی تاثیر قابل توجهی در لزجت دارند. ضریب انتقال حرارت محلی در امتداد لوله با افزایش کسر حجمی افزایش می یابد، با این حال، کسر حجمی های کوچکتر از 5/1٪ در انتقال حرارت محلی تاثیر ناچیزی دارند. نشان داده شده است که با افزایش عدد رینولدز، انتقال حرارت محلی و عدد ناسلت متوسط کاهش می یابد. برخلاف تحقیقات قبلی، نتایج حاضر نشان می دهند که با افزایش کسر حجمی نانوذرات، عدد ناسلت متوسط کاهش می یابد.
|
  • Abdelraheem Aly *, A. J Chamkha, Z. A. S Raizah Pages 95-103

    A numerical solution is presented for unsteady coupled heat and mass transfer by natural convection from a vertical plate embedded in a uniform porous medium in the presence of thermal radiation and chemical reaction effects. The governing equations for this problem were developed and non-dimensionalized and the resulting equations were then solved numerically by an explicit finite-difference scheme. The Roseland approximation is used to describe the radiative heat flux in the energy equation. The solutions at each time step have been found to reach the steady state solution properly. The numerical results are presented in the graphical form to show the effects of material parameters including the thermal buoyancy, the solutal buoyancy, Reynolds number, the inverse thermal radiation parameter, the permeability parameter, Prandtl number, Schmidt number and the chemical reaction parameter on the skin-friction coefficient, the Nusselt number, the Sherwood number, the velocity profiles, the temperature profiles and the concentration profiles in the boundary layer.

    Keywords: Finite-difference solution, radiation, chemical reaction, Porous medium
  • Princely Ojeagbase *, Abiodun Ajibade Pages 105-116
    In this study, effects of viscous dissipation and variable physical properties on steady natural convection heat and mass transfer flow through a vertical channel were investigated. The variability in viscosity and thermal conductivity are considered linear function of temperature. The governing equations are transformed into a set of coupled nonlinear ordinary differential equations and solved using Differential Transformation Method (DTM). Results obtained were compared with exact solution when some of the flow conditions were relaxed and results from DTM show an excellent agreement with the exact solution which was obtained analytically. The influence of the flow parameters on fluid temperature, concentration and velocity are presented graphically and discussed for variations of the governing parameters. From the course of investigation, it was found that increasing viscous dissipation causes fluid temperature, velocity as well as the skin friction on the surface of both channels to increase. However, increasing the fluid viscosity retards the fluid motion and causes fluid temperature to decrease.
    Keywords: Free convection, viscous dissipation, Variable viscosity, Thermal conductivity, DTM
  • Mohammad Mohammadiun *, Mansoureh Shariatmadar Tehrani, MohammadMohsen Shahmardan, MohammadHasan Kayhani Pages 117-129

    Hyperthermia is a form of cancer treatment where the temperature of the tumor is elevated to levels that induce its elimination. This paper discusses using a heating power source to destroy breast cancer cells. The geometry of the breast tissue is represented as a hemisphere containing three layers; muscle, gland, and fat. The conjugate gradient method that is one of The most powerful iterative methods was used to solve the inverse heat conduction problem via the Pennes bioheat equation in an axisymmetric coordinate system, where the irregular region in the physical domain (r,z) was transformed into a rectangle in the computational domain (ξ, η). The performance of the algorithm was evaluated on a tested point located at the (5, 2) position, accounting for two temperature increments. The results confirmed the accuracy and viability of the algorithm, which makes this approach promising for the actual application for breast cancer treatment soon.

    Keywords: Hyperthermia, Heat source, Pennes bioheat equation, General coordinate method, Inverse method
  • Mahdi Motamedian, Ahmadreza Rahmati * Pages 131-141
    AbstractAnalytical solutions of gaseous slip flow in a microchannel with different cross-sections play an important role in the understanding of the physical behavior of gases and other phenomena related to it. In this paper, the fully developed non-ideal gaseous slip flow in circular sector microchannel is investigated using the conformal mapping and the integral transform technique to obtain the analytical exact solution. Van der Waals equation is used as the equation of state for a non-ideal gas.It is developed the models for predicting the local and mean velocity, normalized Poiseuille number,and the ratio of density for conditions where the small radius of the circular sector cross-section is zero (r1*→0) and is the opposite of zero (r1*≠0, r1*=10µm).Rarefication process and effects of wall slippage are important physical phenomena that are studied. The results show that the rarefication process depends on Knudsen number, and cross-section geometry. In order to validate the analytical solution, the results of the problem are compared to the analytical and numerical solutions. Good agreement between the present study and other solutions has confirmed.
    Keywords: Slip flow, Microchannel, Circular sector, Integral transform, Conformal mapping
  • Saeed Rastegar, Hadi Kargarsharifabad *, Abdolah Khalesi Doost, Nader Rahbar Pages 143-154
    Natural gas stream must be preheated before pressure reduction takes place at natural gas pressure reduction station (PRS). It ensures that the natural gas stream remains above hydrate-formation zone. Heaters are used to prevent this problem. There is no precise method for determining the adjustment points of heaters; and the gas is usually heated to a temperature higher than the required temperature leading to the energy loss in heaters. In the present paper, the outlet gas temperature of regulator was predicted to prevent the energy dissipation by an applied analysis through thermodynamics equations and considering the deviation of natural gas from the ideal gas state using MATLAB software. The prediction of outlet temperature and application of control mechanisms made the temperature close to the standard temperature, so that avoiding the formation of destructive hydrate phenomenon, prevented the dissipation of 7983.7 standard cubic meter of natural gas and reduced 15.29 tone greenhouse gas emissions in a year at the PRS under study. The economic analysis of the proposed system has been carried out using Payback ratio method. The payback period of implementation of this control system is only less than one year. Results of comparison between the measured output temperature and calculated temperature through the software indicated an average difference of 9%.
    Keywords: Regulator, Natural Gas, Hydrate, Pressure reduction station, Energy loss
  • Morteza Bayareh *, Nader Afshar Pages 155-163
    In the present study, the thermal and rheological behavior of power-law non-Newtonian CMC-based CuO nanofluid in a tube is studied using ANSYS FLUENT software. Constant heat flux of 6000 W/m2 is subjected to the tube walls and the viscosity of nanofluid is assumed to be a function of shear rate, and temperature simultaneously. Two velocity profiles are considered as an inlet boundary condition: fully developed velocity and uniform velocity. Volume fractions of 0%-4%, and the Reynolds numbers of 600-1500 are considered in the simulations. For both velocity profiles, temperature and shear rate have considerable influence on the viscosity. Local heat transfer coefficient along the tube increases with the volume fraction, however, volume fractions less than 1.5% has an effect on local heat transfer slightly. It is revealed that as the Reynolds number enhances, local heat transfer and the average Nusselt number decrease. In conflict with previous investigations, the present results show that average Nusselt number is reduced by increasing the volume fraction of nanoparticles.
    Keywords: Forced convective heat transfer, Power-law non-Newtonian nanofluid, Reynolds number, Nusselt number, Constant Heat Flux
  • Takeo Nakagawa *, Ai Nakagawa Pages 165-176
    This paper is concerned with longitudinal vortex rolls in fluids. The longutudinal rolls are observed in the sea surface, desert, and atmosphere. However, origin of the vortical motions are not clear, so that in this study laboratory experiments and theoretical analyses have been conducted to elucidate the formation mechanism of the longitudinal vortex rolls in laboratory . As the results, it becomes clear that these vortex rolls are generated by the interaction of the thermal convection and the shear force by the flow. That is, as far as these two effects are existed, irrespective of other conditions are different, quite similar longitudinal vortex rolls appear. Take for example, in dayly our lives when it is fine, we often ovserve longitudinal vortex rolls in the sky, when we look through the outside from the airplane window, we see the longitudinal rows of clouds, and when wo go on board , we notice the longitudinal wave lines on the sea surface.
    Keywords: Therml Convection, Vortex Roll, Shear Stress, Flow Instability, Longitudinal Vortex
  • Reza Tabe, Roohollah Rafee *, MohammadSadegh Valipour, Goodarz Ahmadi Pages 177-191

    Predicting the dynamics of aerosols in the respiratory tract is crucial for the analysis of toxic effects of particulate matters and to the respiratory targeted drug delivery. The present work focuses on evaluating the transient absorption of drug particles on the airway walls of the respiratory tract. For this purpose, simulations of airflow and particulate matters inside a three-dimensional model of respiratory airways were coupled to a one-dimensional drug absorption model. The drug absorption from mucus to the respiratory walls was studied using the transient mass transfer equations in a multilayer model. Different breathing rates of 5, 7.5, and 10 Lit/min were considered in the simulations. Particles with different sizes of 2, 5, 10, and 30µm were released at the entrance of the oral cavity during the inspiration phase. The airflow velocity distribution, particle concentration, and flux of drugs at the interface of mucus-tissue were studied in detail. The transient absorption process that occurred over the breathing time considered of 4 s was evaluated. The results showed that the drug mass flow rate at the mucus-tissue interface and the drug concentration in the tissue layer decreases with time. Also, it was found that after inspiration, the location of the maximum concentration changes from mucus to the tissue layer.

    Keywords: Particle absorption, Human Upper Airway, Oral Inhalation, CFPD, Drug Delivery