نشریه مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
سال ششم شماره 4 (پیاپی 21، زمستان 1398)

در این مقاله،  انتقال حرارت جابجایی طبیعی و تولید آنتروپی نانوسیال آب- مس در نزدیکی حداکثر دانسیته ی آب (فرض نان بوزینسک) در یک حلقه ی استوانه ای هم مرکز افقی و دو بعدی به صورت عددی بررسی شده است. معادلات حاکم بر اساس مدل همگن نان بوزینسک و با استفاده از روش حجم محدود فشار مبنا، روی یک شبکه ی غیر یکنواخت حلقوی شکل مورد حل قرار گرفته شده اند. محاسبات برای Ra = 105 و درصد حجمی نانو ذرات از 0 تا 0.08 انجام شده است. نتایج عددی به صورت خطوط جریان، خطوط هم دما، بردارهای سرعت و عدد ناسلت میانگین ارایه شده است و همچنین کانتور تولید آنتروپی محلی و متوسط برای بررسی قانو دوم ترمودینامیک بررسی شده است. نتایج بدست آمده نشان داده اند که وارونگی دانسیته و حضور نانوذرات هر دو نقش بسیار مهمی را در ساختار میدان جریان و ویژگی های انتقال حرارت بازی می کنند. می توان نتیجه گرفت که تقریب بوزینسک باعث افزایش نرخ انتقال حرارت متوسط و تولید آنتروپی نسبت به تقریب نان بوزینسک می شود. علاوه بر این، عدد ناسلت میانگین با افزایش ​​درصد حجمی نانوذرات کاهش می یابد. در نهایت، نتایج عددی موجود تایید کننده ی تاثیر وارونگی دانسیته ی آب بر مشخصه ی انتقال حرارت جابجایی بدلیل تشکیل ساختار دوسلولی می شود.

در این تحقیق مطالعات آزمایشگاهی و مطالعات تیوری صورت گرفته بر روی ضریب رسانش حرارتی نانوسیالات بررسی شده اند. بر اساس مطالعات بررسی شده فاکتورهای مختلفی بر روی ضریب رسانش حرارتی نانوسیال موثر می باشند. از جمله فاکتورهای موثر دما، شکل نانوذره، درصد حجمی فاز جامد، حضور میدان مغناطیسی و غیره می باشد. نتایج نشان می دهند که افزایش دما و درصد حجمی نانوذره موجب بهبود ضریب رسانش حرارتی نسبت به سیال پایه می شود. علاوه بر این، طبق تحقیقات جدید نظریه های بسیار نو و جدیدی برای افزایش ضریب انتقال حرارت رسانش نانوسیال وجود دارد. از جمله این روش ها استفاده از سیال دوتایی به عنوان سیال پایه یا نانوسیالات هیبرید شده می باشد.

موتورهای دیزل یکی از اصلی ترین مصرف کننده های سوخت فسیلی محسوب می شوند و از عوامل مهم تولید آلودگی های صوتی و زیست محیطی به شمار می روند. دست یابی به سوخت های جایگزین و استفاده از افزودنی های مناسب جهت کاهش آلودگی هدفی است که اکثر پژوهشگران به دنبال آن می باشند. بیودیزل یکی از سوخت های زیستی است که تجدیدپذیر است و می تواند به عنوان سوخت جایگزین در موتورهای دیزل استفاده شود. نانوذرات جامد نیز به دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی در مولکول های ماده انرژی بالایی را ایجاد می کنند. در این پژوهش اثر سوخت بیودیزل و نانوذره ی اکسیدسریم در ترکیب با سوخت دیزل بر عملکرد و آلاینده های موتور دیزل تک سیلندر بررسی و با سوخت دیزل پایه مقایسه شد. در فاز اول آزمایش ها، به منظور پایداری ترکیب های سوخت آزمایش های متعددی انجام شد. نتایج نشان داد که استفاده از حمام آلتراسونیک می تواند مفید باشد. در فاز دوم، آزمایش های مربوطه بر روی موتور دیزل تک سیلندر چهارزمانه انجام شد. داده های موردنظر در سرعت های مختلف (1500، 2000، 2400و rpm2600) برای مخلوط های مختلف سوخت شامل بیودیزل در3 سطح (B0,B5,B20) و ذرات نانو نیز در3سطح (15،5وppm25) به دست آمد. نتایج نشان داد حضور سوخت اکسیژن دار بیودیزل و  افزودن نانو ذرات به سوخت، انتقال حرارت به سوخت را افزایش داده و با تسریع سوختن، زمان تاخیر در اشتعال را کاهش می دهد. همچنین نانو ذرات، مکانسیم اشتعالی سوخت را بهبود بخشیده و سبب نفوذ بهتر جت سوخت به داخل هوای فشرده می گردد که باعث احتراق کامل تر و بهبود عملکرد موتور گردید.

در کار حاضر انتقال حرارت جابجایی طبیعی نانوسیال اطراف مانع گرم درون یک محفظه مربعی با دیواره های چپ و راست سرد، بالا عایق و پایین گرم با استفاده از روش شبکه بولتزمن شبیه سازی می شود. جریان، آرام و تراکم ناپذیر و نانوسیال مورد مطالعه آب- اکسید تیتانیم است، برای محاسبه سرعت جریان و دمای سیال از مدل شبکهD2Q9 استفاده می شود. بررسی انتقال حرارت جابجایی نانوسیال اطراف مانع گرم درون یک محفظه مربعی و تاثیر عدد رایلی، کسرحجمی نانوسیال، ابعاد مانع، ابعاد محفظه، تغییر مدل محاسبه ضریب لزجت و ضریب هدایت حرارتی و شکل نانوذره بر عدد ناسلت از اهداف این تحقیق می باشد و برای اولین بار در این تحقیق انجام شد. نتایج نشان می دهد که با افزایش عدد رایلی و کسر حجمی، متوسط عدد ناسلت افزایش می یابد. با اضافه شدن ابعاد مانع تا نصف ابعاد محفظه، متوسط عدد ناسلت افزایش یافته، سپس تا 7/0 ابعاد محفظه، کم می شود. درحالت8/0 ابعاد محفظه ایجاد گردابه ها باعث افزایش انتقال حرارت می شود. انتقال حرارت با دو برابر شدن عرض مانع نسبت به وقتی که طول مانع دو برابر شود بهتر است. با دو برابر شدن طول محفظه متوسط عدد ناسلت به شدت افزایش می یابد و با دو برابر شدن عرض محفظه به شدت کاهش می یابد، متوسط عدد ناسلت در مدل بریکمن بیشتر از مدل وانگ است و در هر دو مدل ماکسول- گارنت و همیلتون- کروزر درصورتی که نسبت سطح برابر یک باشد با هم برابر است. با کم شدن نسبت سطح متوسط عدد ناسلت زیاد می شود.

روش های مختلفی برای بهبود انتقال حرارت در لوله های مبدل حرارتی مورد استفاده قرار می گیرد. یکی از این روش ها استفاده از نانوسیال می باشد. در این مقاله انتقال حرارت و ضریب اصطکاک در لوله تخت مورد استفاده در مبدل حرارتی در درصدهای حجمی مختلف برای نانو ذره AlN - Al2O3 با نرم افزار انسیس-فلوینت شبیه سازی شده است. از مخلوط نانوپودر آلومینیوم نیترید و آلومینیا به عنوان سیال هیبرید شده در آب در شبیه سازی استفاده شده است. درصدهای حجمی مورد استفاده برای نانوسیال هیبرید شده  1، 2، 3 و 4 درصد حجمی می باشند. سطح مقطع لوله بیضی است و لوله تخت در نظر گرفته شده است. شار حرارتی ثابت به میزان 7000 وات بر متر مربع به دیواره لوله وارد می شود. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که میزان افزایش عدد ناسلت و بهبود انتقال حرارت در درصد حجمی 3 درصد نانوسیال هیبرید شده بین22-41 درصد بوده است و مقدار افزایش ضریب اصطکاک بین 8-14 درصد بوده است

اهمیت تبدیل انرژی در کاربری های آینده باعث تحقیقات بسیاری برای ارزیابی فرآیند های الکتروشیمیایی شده است. در موارد خاص مورد مطالعه، اندازه گیری کمیت های حاضر در واکنش های الکتروشیمیایی با روش های عددی موجود امکان پذیر نیست در نتیجه می بایست روش های جایگزین توسعه یابد. یکی از این روش ها، بررسی واکنش های تکاملی گازهای حاصل از واکنش با کمک نرم افزار های محاسباتی است. سامانه های الکتروشیمیایی از مدیریت ضعیف و عدم تنظیم حباب های گاز در حال صعود آسیب می ییند. درک بهتر از رفتار حباب ها برای کمک به کاهش قدرت بیش از حد حباب های تولید شده، صرفه جویی در انرژی و رفع موانع انتقال جرم طی واکنش های شیمیایی به کار می رود. یک نکته بسیار مهم در این زمینه، بررسی تعداد حباب ها، مقدار و فرکانس تولید آن ها است به طوریکه در فرآیند الکتروشیمیایی و در اثر انجام واکنش، حباب گاز تشکیل می گردد و این حباب های گاز تولیدشده بر روی سطوح الکترود قرار می گیرد و مانع از برخورد سیال به سطح الکترودشده و شارژ باتری رخ نمی دهد که به این پدیده مقاومت حبابی می گویند. برای جلوگیری از رخ دادن این پدیده می توان با دخیل کردن پارامتر هایی نظیر تغییر در انرژی سطحی سامانه با استفاده از سرفکتنت های خاص، تعداد، اندازه و نرخ تولید آن ها را کنترل کرد. اساس این بررسی طی آزمایش سرعت ستجی ذرات[1] صورت پذیرفت. نرم افزار مورد استفاده در این تحقیق برای بررسی کمی رفتار های فوق، نرم افزار متلب است. در ادامه استفاده از دستور های مهم این نرم افزار جهت رسیدن به اهداف تحقیق اشاره می گردد