Естественная конвекция псевдопластичной наножидкости в замкнутой полости при наличии источника энергии объемного тепловыделения и теплопроводной подложки

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Acesso é pago ou somente para assinantes

Resumo

Данное исследование посвящено анализу возможности интенсификации охлаждения источника энергии, расположенного на теплопроводной подложке, в замкнутой полости, заполненной псевдопластичной наножидкостью, в режиме естественно-конвективного теплообмена. Рабочая среда представляла собой суспензию “карбоксилметилцеллюлоза–вода с наночастицами меди”. Задача описывается дифференциальными уравнениями в приближении Обербека–Буссинеска, которые решаются методом конечных разностей. В ходе решения оценивалось влияние определяющих параметров (числа Рэлея, объемной доли наночастиц, толщины теплопроводной подложки и положения источника) на структуру течения и интенсивность теплообмена. Установлено, что наиболее интенсивное охлаждение происходит, когда источник энергии расположен максимально близко к охлаждающим стенкам, при этом объемная доля наночастиц не должна превышать 1%.

Texto integral

Acesso é fechado

Sobre autores

Д. Лоенко

Национальный исследовательский Томский государственный университет

Autor responsável pela correspondência
Email: d.s.loenko@mail.tsu.ru
Rússia, Томск

М. Шеремет

Национальный исследовательский Томский государственный университет

Email: d.s.loenko@mail.tsu.ru
Rússia, Томск

Bibliografia

  1. Hu Y.-P., Wang F.-J., Zhang Y.-Ch., Li Y.-R., Li M.-H. Oscillatory Natural Convection of Al2O3-Water Nanofluid near its Density Maximum in a Narrow Horizontal Annulus // Int. Commun. Heat Mass Transfer. 2020. V. 136. 106207.
  2. Yousefzadeh Sh., Eskandari M., Montazerifar F., Akbari O.A., Kahbandeh F., Khalili M., Baghaei Sh. Natural Convection of Water/MWCNT Nanofluid Flow in an Enclosure for Investigation of the First and Second Laws of Thermodynamics // Alexandria Eng. J. 2022. V. 61. № 12. P. 11687.
  3. Wu Y., Mansir I.B., Althobaiti A., Cao Y., Dahari M., Nguyen D.T., Mohamed A., Huynh Ph.H., Wae-hayee M. Employing Numerical Method for Evaluating the Heat Transfer Rate of a Hot Tube by Nanofluid Natural Convection // Case Studies in Thermal Engineering. 2020. V. 35. № 11. 102006.
  4. Tayebi T., Chamkha A.J. Analysis of The Effects of Local Thermal Non-Equilibrium (LTNE) on Thermo-Natural Convection in an Elliptical Annular Space Separated by a Nanofluid-Saturated Porous Sleeve // Int. Commun. Heat Mass Transfer. 2021. V. 129. 105725.
  5. Мебарек-Удина Ф., Бессаи Р. Численное моделирование естественного конвективного теплообмена в вертикально ориентированном цилиндрическом кольцевом канале с источниками тепла для наножидкости на основе воды с наночастицами меди // Теплофизика и аэромеханика. 2019. T. 26. № 3. С. 351.
  6. Dutta Sh., Pati S., Baranyi L. Numerical Analysis of Magnetohydrodynamic Natural Convection in a Nanofluid Filled Quadrantal Enclosure // Case Studies in Thermal Engineering. 2021. V. 28. 101507.
  7. Khan N.H., Paswan M.K., Hassan M.A. Natural Convection of Hybrid Nanofluid Heat Transport and Entropy Generation in Cavity by Using Lattice Boltzmann Method // J. Ind. Chem. Society. 2022. V. 99. № 3. 100344.
  8. Rahman A., Redwan D.A., Thohura Sh., Kamrujjaman Md., Molla M. Natural Convection and Entropy Generation of Non-newtonian Nanofluids with Different Angles of External Magnetic Field Using GPU Accelerated MRT-LBM // Case Studies in Thermal Engineering. 2022. V. 30. 101769.
  9. Reddy P.B.A., Salah T., Jakeer Sh., Mansour M.A., Rashad A.M. Entropy Generation Due to Magneto-Natural Convection in a Square Enclosure with Heated Corners Saturated Porous Medium Using Cu/ Water Nanofluid // Chin. J. Phys. 2022. V. 77. P. 1863.
  10. Cao Y., Mansir I.B., Mouldi A., Gepreel Kh.A., Dahari M., Le T.H., Badran M.F., Nguyen V.N., Wae-Hayee M. Using Natural Convection Mechanism of Nanofluid for Cooling an Embedded Hot Plate in Corner of a Square Enclosure: A Numerical Simulation // Case Studies in Thermal Engineering. 2022. V. 33. 101926.
  11. Nayak M.K., Karimi N., Chamkha A.J., Dogonchi A.S., El-Sapa Sh., Galal A.M. Efficacy of Diverse Structures of Wavy Baffles on Heat Transfer Amplification of Double-Diffusive Natural Convection Inside a C-Shaped Enclosure Filled with Hybrid Nanofluid // Sustainable Energy Technologies and Assessments. 2022. V. 52. № B. 102180.
  12. Abdulkadhim A., Hamzah H.K., Ali F.H., Yıldız Ç., Abed A.M., Abed E.M., Arici M. Effect of Heat Generation and Heat Absorption on Natural Convection of Cu-Water Nanofluid in a Wavy Enclosure Under Magnetic Field // Int. Commun. Heat Mass Transfer. 2021. V. 120. 105024.
  13. Geridonmez B.P., Oztop H.F. The Effect of Inclined Periodic Magnetic Field on Natural Convection Flow of Al2O3‒Cu/Water Nanofluid Inside Right Isosceles Triangular Closed Spaces // Eng. Analysis Boundary Elements. 2022. V. 141. P. 222.
  14. Raza A., Khan I., Farid S., My A., Khan A., Alotaibi H. Non-singular Fractional Approach for Natural Convection Nanofluid with Damped Thermal Analysis and Radiation // Case Studies in Thermal Engineering. 2021. V. 28. 101373.
  15. Акбарзаде П., Фарди А.Х. Теплоперенос при естественной конвекции в замкнутых двумерных и трехмерных камерах, заполненных наножидкостью // ПМиТФ. 2018. Т. 59. № 2. С. 121.
  16. Ghozlani B., Hadj-Salah S., Bezi S., Souayeh B. Интенсификация теплообмена и характеристики потока наножидкости при обтекании усеченного конуса в неограниченной полости // ТВТ. 2023. Т. 61. № 2. С. 265.
  17. Maleki H., Safaei M.R., Alrashed A.A., Kasaeian A. Flow and Heat Transfer in Non-Newtonian Nanofluids Over Porous Surfaces // J. Thermal Analysis Calorimetry. 2019. V. 135. № 3. P. 1655.
  18. Astanina M., Sheremet M., Mahabaleshwar U.S., Singh J. Effect of Porous Medium and Copper Heat Sink on Cooling of Heat-Generating Element // Energies. 2020. V. 13. № 10. 2538.
  19. Khezzar L., Siginer D., Vinogradov I. Natural Convection of Power Law Fluids in Inclined Cavities // Int. J. Therm. Sci. 2012. V. 53. P. 8.
  20. Guo S.S., Luo Z.Y., Tao W., Zhao J.F., Cen K.F. Viscosity of Monodisperse Silica Nanofluids // Bull. Chin. Ceram. Soc. 2006. V. 25. № 5. P. 52.
  21. Jang S.P., Choi S.U.S. Effects of Various Parameters on Nanofluid Thermal Conductivity // J. Heat Transfer. 2007. V. 129. № 5. P. 617.
  22. Bercovier M., Engleman M.A. A Finite-Element Method for Incompressible Non-Newtonian Flows // J. Comput. Phys. 1980. V. 36. № 3. P. 313.
  23. Turan O., Sachdeva A., Poole R.J., Chakraborty N. Laminar Natural Convection of Power-Law Fluids in a Square Enclosure with Differentially Heated Side Walls Subjected to Constant Temperatures // J. Non-Newtonian Fluid Mechanics. 2011. V. 166. № 17–18. P. 1049.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar
2. Fig. 1. Solution domain.

Baixar (81KB)
Metadados
3. Fig. 2. The solution area of ​​the test problem.

Baixar (82KB)
Metadados
4. Fig. 3. Testing of the computing complex based on comparison with data [23] for Ra = 105: 1 – Pr = 102, 2 – 103, 3 – 104.

Baixar (50KB)
Metadados
5. Fig. 4. The influence of grid parameters on the temperature (a) and velocity (b) profiles in the horizontal section Y = 0.5: 1 – 100 × 100, 2 – 200 × 200, 3 – 300 × 300, 4 – 400 × 300.

Baixar (117KB)
Metadados
6. Fig. 5. The influence of the Rayleigh number on the isolines of the current function Ψ at ϕ = 0.01, δ1 = 0.1, δ2 = 0.4: (a) – Ra = 103, (b) – 104, (c) – 105.

Baixar (398KB)
Metadados
7. Fig. 6. Effect of the volume fraction of nanoparticles on the average Nusselt number (a) and average temperature (b) of the source at Ra = 105, δ1 = 0.1, δ2 = 0.4: 1 – 0, 2 – 0.01, 3 – 0.02, 4 – 0.03.

Baixar (84KB)
Metadados
8. Fig. 7. The influence of the thickness of the heat-conducting substrate on the isolines of the current function Ψ (top) and temperature Θ (bottom) at Ra = 105, ϕ = 0.01, δ2 = 0.4: (a) – δ1 = 0.05, (b) – 0.1, (c) – 0.15, (d) – 0.2.

Baixar (603KB)
Metadados
9. Fig. 8. The influence of the thickness of the heat-conducting substrate on the average Nusselt number (a) and average temperature (b) of the source at Ra = 105, ϕ = 0.01, δ2 = 0.4: 1 – δ1 = 0.05, 2 – 0.1, 3 – 0.15, 4 – 0.2.

Baixar (101KB)
Metadados
10. Fig. 9. Effect of the energy source position on the isolines of the current function Ψ (top) and temperature Θ (bottom) at Ra = 105, ϕ = 0.01, δ1 = 0.1: (a) – δ2 = 0.1, (b) – 0.2, (c) – 0.3, (d) – 0.4, (d) – 0.5, (e) – 0.6, (g) – 0.7.

Baixar (1MB)
Metadados
11. Fig. 10. The influence of the energy source position on the average Nusselt number (a) and average temperature (b) of the source at Ra = 105, ϕ = 0.01, δ1 = 0.1: 1 – δ2 = 0.1, 2 – 0.2, 3 – 0.3, 4 – 0.4.

Baixar (97KB)
Metadados

Declaração de direitos autorais © Russian Academy of Sciences, 2024