منصة الرسائل والاطاريح: ثلاثي الأبعاد ذو أشكال هندسية مختلفة مملوء بموائع نانوية

الخلاصة

نظرًا للتطبيقات الواسعة للحمل الحراري الطبيعي داخل التجاويف مثل أنظمة التبريد وأنظمة تجميع الطاقة الشمسية وما إلى ذلك. تمت دراسة انتقال الحرارة بالحمل الطبيعي الطباقي داخل تجاويف ذات جدران متغيرة درجات الحرارة وثلاثية الأبعاد عدديًا وتجريبيًا. تم إجراء الدراسة من خلال استخدام إما تكوينات المجال المختلفة ، أو الظروف الحدية ، أو إدخال الأجسام الصلبة. عدديًا، تم إستخدام الحزمة البرمجية (COMSOL Multiphysics) التي تعتمد طريقة العناصر المنتهية (FEM) لمحاكاة أربعة أشكال هندسية مختلفة للتجويف ثلاثي الأبعاد وهي متوازي الأضلاع، سداسي، مثمن وبيضاوي وفقا لشكل المقطع العرضي بين الجدران الساخنة والباردة. تملأ التجاويف إما بسائل نانوي (ألومينا-ماء) أو الماء النقي. كان مدى نسبة الجسيمات النانوية (0 ≤ φ ≤ 0.05) ونطاق عدد رايلي (103 ≤ Ra ≤ 106). تمت دراسة التجويف المتوازي الأضلاع لثلاث زوايا انحراف مختلفة لتحديد الأفضل بينها (γ=30⁰, 45⁰, 60⁰). أيضًا، تم دراسة تحسين أفضل الترتيبات للجدران الساخنة والمبردة (يسار – يمين، يمين – يسار وأسفل – أعلى). تم الإستنتاج بأن الزاوية (60⁰) مع الجدار الأيسر حار والجدار الأيمن بارد تعطي أفضل النتائج. تم عرض نتائج الدراسة من خلال الخطوط المتساوية الحرارة وخطوط جريان المائع، والأسطح ثابتة درجة الحرارة، والسرع الأفقية والرأسية ومتوسط رقم نسلت. هناك تعديل للتجويف المتوازي الأضلاع من خلال إدخال أجسام إسطوانية داخلية ذات توزيع وأبعاد مختلفة للحجم داخل التجويف. لوحظ أن أحجام هذه الأجسام وعددها وتوزيعها والمساحة السطحية الكلية لها مجتمعة له تأثير على السلوك الحراري داخل هذا التجويف. حيث تم تسجيل التحسين الأفضل من الموقع المركزي و المساحة السطحية الأعلى. بصورة عامة، أن إدخال ثلاثة عناصر يحسن الحمل الحراري بحوالي ضعفي تحسين الجسم الواحد لكل مدى من رقم رايلي المعتمد في هذه الدراسة. كان العمل التجريبي عبارة عن تصنيع تجويف متوازي الأضلاع لجدران طول جانبي ثابت (15 سم) مملوء بسائل نانوي (ألومينا-ماء منزوع الأيونات) بثلاثة تراكيز مختلفة (0.01 و 0.03 و 0.05) ورقم رايلي (105 و 106). الجدير بالذكر أن الجسيمات النانوية للألومينا كانت من النوع كاما وذات قطر (≤45 نانومتر). تم دراسة انتقال الحرارة عن طريق توزيع درجات الحرارة على طول المحاور الثلاثة من الجدار الساخن إلى الجدار البارد ومتوسط عدد نسلت على الجدار الساخن. ظهر أن هناك توافق جيد بين النتائج العددية والنتائج التجريبية. كما تم مقارنة نتائج الدراسة مع دراسات سابقة منشورة وقد لوحظ توافق جيد بين النتائج. أثبتت كلتا النتائج العددية والتجريبية للتجويف المتوازي الأضلاع إن الزيادة في نسبة جسيمات الدقائق النانوية وعدد رايلي يزيد من متوسط عدد نسلت أو تعزيز انتقال الحرارة بالحمل الطبيعي. حيث أن زيادة نسبة هذه الجسيمات الى (0.05) يؤدي لزيادة متوسط عدد نسلت بحوالي (13) مرة لنفس الظروف. في حين كان التحسين في متوسط عدد نسلت للتجاويف السداسي والثماني والبيضوي حوالي (٪17.6، 18٪ و 17.2٪) على التوالي نسبة للتحسين في التجويف متوازي الأضلاع.