Borularda nanoakışkanlı geçici rejim birleşik ısı transferinin iki fazlı yaklaşım ile incelenmesi

Bu çalışma, kalın cidarlı bir boruda nanoakışkan akışı ile geçici birleşik ısı transferinin sayısal analizini ele almaktadır. Laminer, hidrodinamik olarak gelişmiş ve ısıl olarak gelişen akış için hem radyal hem de eksenel iletim terimleri hem cidar hem de nanoakışkan tarafı enerji denklemlerinde dikkate alınmıştır. Boru iki bölgelidir ve her iki yönde de sonsuz uzunluktadır. Üst akış bölgesi dıştan yalıtılırken, alt akış bölgesinde cidarın dış yüzeyine aniden üniform bir ısı akısı uygulanmaktadır. Nanoparçacık hacim oranı dağılımının etkilerini tam olarak hesaba katan iki fazlı modifiye Buongiorno modeli kullanılmış ve cidar-nanoakışkan arayüzeyinde Navier'in kayma sınır koşulu uygulanmıştır. Problemin tanımlayıcı parametrelerinin etkilerini görebilmek için parametrik bir çalışma yapılmıştır ve bu amaçla cidar kalınlık oranı (d' = 0.02, 0.1 ve 0.3), cidar-nanoakışkan ısı iletkenlik katsayısı oranı (kwnf = 1, 10 ve 20), cidar-nanoakışkan ısıl yayılım katsayısı oranı (αwnf =1, 5 ve 20), Peclet sayısı (Pe =3, 5 ve 10), yığık ortalama nanoparçacık hacim oranı (ϕb = 0, 0.02 ve 0,04), hız kayma parametresi (λ = 0, 0,1 ve 0,3) ve Brownian ve termoforez yayılım katsayısı oranının (NBT = 0,1, 0,5, 5 ve 10) farklı değerleri ile çözümler yapılmıştır. Çalışma için yeni bir MATLAB kodu yazılmış, alümina-su ve titania-su olmak üzere iki tip nanoakışkan için sonuçlar elde edilmiş ve baz akışkan için elde edilen sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Cidar dış ve iç yüzey sıcaklıkları, nanoakışkan yığık sıcaklığı, arayüzey ısı akısı ve Nusselt sayısının zamana bağlı dağılımları incelenmiştir. Ayrıca, tanımlayıcı parametrelerin nanoparçacıkların belirli bir kesit boyunca hareketi üzerindeki etkileri de analiz edilmiştir. Sonuçlar, ısı transferi karakteristiklerinin sadece baz akışkana nanoparçacıklar eklenerek iyileştirilemeyeceğini, aynı zamanda nanoparçacık türünün ve tanımlayıcı parametreler için uygun değerler seçmenin de çok önemli olduğunu ortaya koymuştur. Ayrıca, nanoparçacıkların boru kesiti boyunca homojenliğinin, dikkate alınan tanımlayıcı parametrenin değerinin büyüklüğüne bağlı olduğu görülmüştür.