Numerical simulation of thermal and hydraulic transport of nanofluids in minichannels
Minikanallarda nanoakışkanların termal ve hidrolik taşınmasının sayısal simülasyonu
- Tez No: 780481
- Danışmanlar: DOÇ. DR. Timothy A. Shedd
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: University of Wisconsin-Madison
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Enerji Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 376
Özet
Bu tezin amaçları (i) nanoakışkanların termal iletkenlik artışının arkasındaki mekanizmaları araştırmak, (ii) analitik termal iletkenlik modeline dayalı yeni bir birleşik mekanizmalar geliştirmek, (iii) nanoakışkanların akışkan dinamiklerini ve ısı transfer özelliklerini sayısal olarak araştırmaktı. yeni analitik termal iletkenlik modeline karşılık gelen dairesel tüp, (iv) nanoakışkanların nanoakışkanların viskozitesi üzerindeki nanoparçacık hacim konsantrasyonunun, parçacık boyutunun, temel sıvının ve sıcaklığın etkisini incelemek için, (v) sıcaklığın termal iletkenlik üzerindeki etkisini incelemek için nanoakışkanların bu iyileştirme ve modellerin arkasındaki fiziksel mekanizmalarla geliştirilmesi, (vi) laminer akış rejimleri ile üniform ısıtma ve soğutma koşulu altında sabit termofiziksel özellikler veya sıcaklığa bağlı taşıma özellikleri ile ilişkili nanoakışkanların yerel ısı transfer katsayısını araştırmak, (vii) Brown hareketine dayalı termal iletkeni araştırın aktivite, OpenFOAM olarak tanımlanan bir hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD) araç kutusunu kullanarak kanal duvarındaki etkileri modeller ve bu modellerin, bir iç akışın giriş bölgesindeki konumun bir fonksiyonu olarak kanal duvarındaki sıcaklık gradyanlarını nasıl değiştirdiğini aydınlatır. Nanoakışkanlar, su, yağ, etilen glikol ve karışımları gibi geleneksel ısı transfer akışkanları olarak adlandırılan baz akışkanlarda nanopartiküllerin (ortalama partikül boyutlarında tipik olarak 2-100 nm) süspansiyonlarıdır. Pratik mühendislik uygulamaları için benzersiz fiziksel özelliklere sahiptirler. Nanoakışkanların sayısal simülasyonu için doğru viskozite ve termal iletkenlik modellerinin belirlenmesi çok önemlidir. Bu termofiziksel özelliklerin her ikisi de sırasıyla nanoakışkanların ısı transfer performansını ve pompalama gücü cezalarını önemli ölçüde etkiler. Bu nedenle, mevcut deneysel verilerle karşılaştırılarak en uygun modelleri araştırmak için kapsamlı bir parametrik çalışma yapılmıştır. En uygun korelasyonlar belirlenerek OpenFOAM'a uygulanmıştır. Sayısal sonuçlar, Brown hareketi tabanlı termal iletkenlik modellerinin nanoakışkanların termal iletkenlik artışını açıklayamayacağını göstermiştir. Ayrıca nanoakışkanların ısıl iletkenlik iyileştirmelerini açıklamak için ara yüzey katmanı tabanlı ısıl iletkenlik modeli uygulanmış ve nanokatman kalınlığının tanıtılmasının hala yüzeysel olduğu gözlemlenmiştir. Katı nanoparçacıklar ve baz sıvı molekülleri arasındaki moleküller arası yapı, bir arayüz tabakasına neden olur. Bununla birlikte, bu nanotabakanın kalınlığı, nanotabakanın gerçekçi olmayan tahmini ve bu nanotabakanın termofiziksel özelliklerinin belirlenmesi nedeniyle nanoakışkanların ısıl iletkenliğinin arttırılmasına önemli bir katkı sağlamayabilir. Bu nedenle, mevcut deneysel verileri tahmin etmek için etkili ortam teorisi, agregasyon tabanlı ısıl iletkenlik modeli ve Brownian hareketinden oluşan birleşik mekanizma tabanlı bir ısıl iletkenlik modeli geliştirilmiştir. Bu modelin mevcut deneysel verileri yakalamak için mükemmel bir uyum gösterdiği gözlemlendi. Bu yeni analitik termal iletkenlik modeli, sıcaklığa bağlı termofiziksel özellikleri kullanarak nanoakışkanların ısı transferi geliştirmesi üzerindeki etkisini araştırmak için OpenFOAM'a uygulanmıştır.
Özet (Çeviri)
The goals of this dissertation were (i) investigate the mechanisms behind the thermal conductivity enhancement of nanofluids,(ii) developed a new combined mechanisms based analytical thermal conductivity model, (iii) numerically investigate the fluid dynamics and heat transfer characteristics of nanofluids in a circular tube corresponding to new analytical thermal conductivity model, (iv) to study the influence of the nanoparticle volume concentration, particle size, base fluid and temperature of nanofluids on the viscosity of nanofluids, (v) to examine the temperature effect on the thermal conductivity enhancement of nanofluids with physical mechanisms behind this enhancement and models, (vi) to investigate the local heat transfer coefficient of nanofluids associated with constant thermophysical properties or temperature dependent transport properties under the uniform heating and cooling condition with laminar flow regimes, (vii) to investigate the Brownian motion based thermal conductivity models effects on the channel wall with using a computational fluid dynamic (CFD) toolbox, which is defined OpenFOAM, and enlighten how these models alter the temperature gradients at the channel wall as a function of position in the entrance region of an internal flow. Nanofluids are suspensions of nanoparticles (typically 2-100 nm with average particle sizes) in base fluids that are called conventional heat transfer fluids such as water, oil, ethylene glycol and mixtures. They have unique physical properties for practical engineering applications. It is crucial to determine accurate viscosity and thermal conductivity models for the numerical simulation of nanofluids. Both of these thermophysical properties significantly affect the heat transfer performance and pumping power penalties of nanofluids, respectively. Thus, a comprehensive parametric study has been conducted to investigate the most appropriate models comparing them with the existing experimental data. The most appropriate correlations have been determined and implemented into the OpenFOAM. The numerical results have shown that the Brownian motion based thermal conductivity models are not capable to explain the thermal conductivity enhancement of nanofluids. In addition, interfacial layer based thermal conductivity model has been applied to explain the thermal conductivity improvement of nanofluids and it was observed that the introduction of the nanolayer thickness is still superficial. The intermolecular structure between the solid nanoparticles and base fluid molecules cause an interfacial layer. However, the thickness of this nanolayer may not make an important contribution to increase the thermal conductivity of nanofluids due to unrealistic prediction of the nanolayer and determination of the thermophysical properties of this nanolayer. Thus, a combined mechanism based thermal conductivity model, which consist of the effective medium theory, aggregation based thermal conductivity model and Brownian motion, has been developed to predict the existing experimental data. It was observed that this model has shown an excellent agreement to capture the existing experimental data. This new analytical thermal conductivity model has been implemented into the OpenFOAM, to investigate its effect on the heat transfer enhancement of nanofluids with using the temperature dependent thermophysical properties
Benzer Tezler
- 600 MWe gücünde PWR tipi bir nükleer reaktör kalp öndizayn analizi
Başlık çevirisi yok
FARZAD REZAEİ BASHARAT
- Numerical analysis on effect of fin shape on double pipe heat exchangers
Çift borulu ısı değiştiricisinde kanatçık şeklinin verim üzerindeki etkisinin sayısal analizi
ALI MAHMOOD MOHAMMED MOHAMMED
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Makine MühendisliğiKarabük ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KAMİL ARSLAN
- A review and evaluation of development in exploration, production, reserves estimation, and research efforts for shale gas and oil
Şeyl gazı ve petrolü için arama, üretim, rezerv kestirimive araştırma çalışmalarının incelenmesi ve değerlendirilmesi
OSMAN MOHAMMED
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPetrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. İBRAHİM METİN MIHÇAKAN
- Basınçlı su reaktörleri U borulu buhar üreteçlerinin termo-hidrolik modellenmesi
Thermal-hydraulic analysis of U-tube steam generators for gressurized water reactors
SÜLEYMAN ÖZKAYNAK
