İzotermal olmayan kanal akışında nanoakışların sayısal olarak incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada sabit basınç gradyanının etkisi altındaki nanoakışkanın izotermal olmayan kanaldaki akışı sayısal olarak incelenmiştir. Çalışmanın birinci kısmında literatürde sıklıkla karşılaşılan teorik ve deneysel modeller (Einstein, Batchelor, Brinkman, Wang, Chen ve Heyhat modeli) sıcaklık ve hız profillerine bakılarak karşılaştırılmış ve birbirlerine olan uyumları incelenmiştir. İkinci kısımda ise kanal içindeki alümina-su nanoakışkanın hacimsel konsantrasyon, basınç gradyanı ve Reynolds sayısının sıcaklık ve hız profiline etkisi incelenmiştir. Ayrıca kanal merkezi boyunca kayma gerilmesi dağılımı ve farklı hacimsel debilerdeki basınç gradyanı değişimi de incelenmiştir. Bu kısımda momentum ve enerji denklemlerinde yer alan ısıl iletkenlik ve viskozite değerleri için hacimsel konsantrasyona bağlı olarak sırasıyla Maxwell ve Brinkman modelleri kullanılmıştır. Kanal akışının çözümünde akışın iki boyutlu, izotermal olmayan, sıkıştırılamaz, hidrodinamik ve ısıl olarak tam gelişmiş ve sürekli olduğu kabul edilmiştir. Kanal alt ve üst cidarlarına sabit ısı akısı sınır şartı uygulanmış olup alümina-su nanoakışkanın tek fazlı ve homojen olduğu varsayılmıştır. Denklemlerin ayrıklaştırılması Chebyshev polinom açılımlarına dayanan Pseudospectral yöntemi kullanılarak yapılmış ve doğrusal olmayan sınır değer problemleri Chebyshev Pseudospectral yöntemi ile Fortran bilgisayar programı kullanılarak sayısal olarak çözülmüştür.

This study investigates the nanofluid for a nonisothermal channel flow under the effect of a constant pressure gradient acting along the channel axis. In the first part of the present study, the theoretical and experimental models commonly encountered in the literature (Einstein, Batchelor, Brinkman, Wang, Chen and Heyhat models) are compared by observing temperature and velocity profiles and are examined for compliance with each other. In the second part of the present study, the effects of volume fraction, pressure gradient and Reynolds numbers on velocity and temperature profiles are investigated for the alumina-water nanofluid. In addition, pressure gradient for different volumetric flow rate and shear stress distribution along the channel center are examined as well. In this part, to consider the effect of thermal conductivity and viscosity which situate in the momentum and the energy equations, Brinkman and Maxwell model depending volumetric concentration are used respectively. Two-dimensional, non-isothermal, hydrodynamically and thermally fully developed, steady flow of an incompressible fluid inside a channel is taken into consideration. Upper and lower walls of the channel are kept at the same constant heat flux and are assumed that alumina-water nanofluid is the homogeneous and single-phase fluid. Discretization is performed using a Pseudospectral technique based on Chebyshev polynomial expansions. The resulting nonlinear, coupled boundary value problem is numerically solved using Fortran computer program with Chebyshev pseudospectral method.