Soğuk Şartlar Altındaki Bir Boruda MHD Nanoakışkanın Zorlanmış Taşınım ile Isı Transferi

Yıl 2021, Cilt: 33 Sayı: 1, 303 - 313, 15.02.2021

Murat Erdem , Yasin Varol , Müjdat Fırat

https://doi.org/10.35234/fumbd.847416

Öz

Mevcut çalışmada manyetik alan altındaki bir boruda Al2O3–su nano akışkanının ısı transferi olgusu sayısal olarak incelenmiştir. Dış manyetik alan akışkan yönüne dik olarak uygulanmıştır. Yönetici denklemler ANSYS Fluent ticari yazılım programı ile çözülmüştür. Akışkan sıcaklığı boru sıcaklığından daha yüksek tutularak akışkanın soğuması sağlanmıştır. Re sayısı, Ha sayısı ve nano akışkan hacimsel oranı sırasıyla, Re = 10, 100, 500, 1000, 2000, Ha = 0, 25, 50, 100 ve φ = 0.01, 0.03, 0.05 olarak seçilmiştir. Çalışmada yerel Nu ve ortalama Nu sayısı detaylı olarak incelenmiştir. Re = 10 hariç bütün Re sayılarında manyetik alan uygulanması ve nanoparçacık eklenmesi hem yerel hem de ortalama Nu sayısını arttırmıştır. Sabit Ha sayısı ve φ değerinde Re sayısının artmasıyla ısı transferi artmıştır. Sonuç olarak Re sayısı, Ha sayısı ve nano hacimsel oranıyla ısı transferinin arttığı belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler

Manyetohidrodinamik, Nanoakış, Zorlanmış taşınım

Destekleyen Kurum

Fırat Üniversitesi

Proje Numarası

TEKF.15.01

Teşekkür

Bu sayısal çalışma Fırat Üniversitesi Bilimsel Araştırmalar Proje biriminin (FUBAP) katkılarıyla gerçekleştirilmiştir (Proje No: TEKF.15.01). Yazarlar bu projeye desteklerinden dolayı Fırat Üniversitesine teşekkür ederler.

Kaynakça

• Choi SUS, Eastman JA. Enhancing thermal conductivity of fluids with nanoparticles. No. ANL/MSD/CP-84938, CONF–951135—29, Argonne National Lab., IL, 1995.
• Lee S, Choi SUS, Li S. Eastman J.A., Measuring thermal conductivity of fluids containing oxide nano-particles ASME J Heat Transfer 1999; 121: 280-289.
• Eastman JA, Choi SUS, Li S, Yu W, Thompson LJ. Anomalously increased effective thermal conductivities of ethylene glycol-based nano fluids containing copper nano-particles. App Phys Lett 2001; 78: 718-720.
• Xuan Y, Li Q. Heat transfer enhancement of nano-fluids. Int J Heat Fluid Flow 2000; 21: 58-64.
• Hartmann J, Theory of the laminar flow of an electrically conductive liquid in a homogeneous magnetic field, Mathematisk Fysiske Meddelelser. 1937; 15 (6): 1-28.
• Heidary H, Hosseini R, Pirmohammadi M, Kermani MJ. Numerical study of magnetic field effect on nano-fluid forced convection in a channel. J magn magn Mater 2015: 374; 11-17.
• Wang BX, Du JH, Peng XF. Internal natural, forced and mixed convection in fluid-saturated porous medium. Trans Phenom Porous Media 1998: 357-382.
• Demirel Y, Al-Ali HH, Abu-Al-Saud BA. Enhancement of convection heat-transfer in a rectangular duct. Appl Energy 1999: 64; 441-451.
• Cheng KC, Hong SW. Effect of tube inclination on laminar convection in uniformly heated tubes for flat-plate solar collectors. Sol Energy 1972: 13; 363-371.
• Esfe MH, Saedodin S, Malekshah EH, Babaie A. Mixed convection inside lid-driven cavities filled with nanofluids. J Therm Anal Calorim 2019: 135; 813-859.
• Erdem M, Varol Y. Numerical investigation of heat transfer and flow characteristics of MHD nano-fluid forced convection in a pipe. J Therm Anal Calorim 2020: 139; 3897–3909. https://doi.org/10.1007/s10973-020-09366-8.
• Erdem M. Nano parçacık katkılı manyetohidrodinamik akışın deneysel ve sayısal incelenmesi. Doktora Tezi, Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 2019.
• Erdem M, Fırat M, Varol Y. Dairesel bir kanalda soğutma şartları altında MHD sıvı lityum akışın sayısal olarak incelenmesi. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 2018: 24; 30-35.
• Erdem M, Varol Y. Numerical investigation of PbLi17 fluid flow forced convection heating under magnetic field. Journal of Materıals and Electronıc Devıces 2019: 1(1); 41-45.
• Öztürk A. MHD slip flow between parallel plates heated with a constant heat flux. J Thermal Science Technol 2013: 33 (1); 11-20.
• Lu B, Xu L, Zhang X. Three-dimensional MHD simulations of the electromagnetic flowmeter for laminar and turbulent flows. Flow Measur Instrument 2013: 33; 239-243.
• Sun ZHI, Zhang X, Guo M, Pandelaers L, Vleugels J, Van der Biest O, Van Reusel K, Blanpian B. Strong magnetic field effects on solid–liquid and particle–particle interactions during the processing of a conducting liquid containing non-conducting particles. J Colloid Interface Sci 2012: 375; 203-212.
• Nayak MK, Dash GC, and Singh LP. Steady MHD flow and heat transfer of a third grade fluid in wire coating analysis with temperature dependent viscosity. Int J Heat Mass Transfer 2014: 79; 741-754.
• Muthuraj R, Srinivas S. A note on heat transfer to MHD oscillatory flow in an asymmetric wavy channel. Int Commun Heat Mass Transfer 2010: 37; 1255-1260.
• Anwar Bég, O, Sim L, Zueco J, Bhargava R. Numerical study of magnetohydrodynamic viscous plasma flow in rotating porous media with Hall currents and inclined magnetic field influence. Commun Nonlinear Sci Numer Simulant 2010: 15; 345-359.
• Bandyopadhyay S, Layek GC. Study of magnetohydrodynamic pulsatile flow in a constricted channel. Commun Nonlinear Sci Numer Simulat 2012: 17; 2434-2446.
• Huang H, Li B. Heat transfer enhancement of free surface MHD-flow by a protrusion Wall. Fusion Engineering and Design 2010: 85 (7-9); 1496-1502.
• Aminfar H, Mohammadpourfard M, Maroofiazar R. Experimental study on the effect of magnetic field on critical heat flux of ferrofluid flow boiling in a vertical annulus. Experimental Thermal Fluid Sci. 2014: 58; 156-169.
• Kefayati GHR. Natural convection of ferrofluid in a linearly heated cavity utilizing LBM. J Molecular Liquids 2014: 191; 1-9.
• Sheikholeslami M, Ganji DD. Ferrohydrodynamic and magnetohydrodynamic effects on ferrofluid flow and convective heat transfer. Energy 2014: 75; 400-410.
• Malvandi A, Safaei MR, Kaffash MH, Ganji DD. MHD mixed convectionin a vertical annulus filled with Al2O3–water nanofluid considering nanoparticle migration, J Magn Magn Mater 2015: 382; 296-306.
• Yousofvand R, Derakhshan S, Ghasemi K, Siavashi M. MHD transverse mixed convection and entropy generation study of electromagnetic pump including a nanofluid using 3D LBM simulation. Int J Mech Sci 2017: 133; 73-90.
• Bejan A. Convection heat transfer. John Wiley & Sons, New York, A.B.D., 1995.
• Zhao G, Jian Y, Chang L, Buren M. Magnetohydrodynamic flow of generalized Maxwell fluids in a rectangular micropump under an AC electric field. J Magn Magn Mater 2015: 387; 111-117.