علوم و فناوری فضایی

علوم و فناوری فضایی

شبیه‌سازی عددی و بهینه سازی انتقال حرارت نانوساختار مغناطیسی در یک کانال در حضور یک میدان مغناطیسی غیریکنواخت

نوع مقاله : مقالة‌ پژوهشی‌

نویسندگان
1 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز، ایران
2 دانشکده مکانیک، دانشکده فنی، دانشگاه خوارزمی، تهران، ایران
3 دانشکده مکانیک، دانشگاه تهران، تهران، ایران
چکیده
در مقاله حاضر، تأثیر یک منبع میدان خارجی غیریکنواخت بر انتقال حرارت جابجایی اجباری نانوسیال مگنتیت (فروسیال) داخل کانالی با سطح گرم، به‌صورت عددی مورد مطالعه قرار گرفته است. هدف اصلی تأکید بر اهمیت موقعیت میدان مغناطیسی و بررسی احتمال افزایش انتقال حرارت از طریق یافتن مکان بهینه منبع میدان مغناطیسی است. مشاهده شد که میدان مغناطیسی گردابه‌هایی ایجاد کرده و بر ضخامت لایه مرزی حرارتی و تغییرات عدد ناسلت تاثیر می­گذارد. نتایج نشان می دهد تاثیر موقعیت میدان مغناطیسی وابسته به نوع شرط مرزی حرارتی است. همچنین نشان داده شده است که می­توان میدان دما و جریان سیال را با چند منبع میدان مغناطیسی کنترل نمود. با استفاده از الگوریتم ژنتیک، چیدمانی بهینه برای هشت منبع میدان مغناطیسی بدست آمده است که در مقایسه با حالت بدون میدان، منجر به 27% افزایش انتقال حرارت می­گردد.
کلیدواژه‌ها

[1]   Rinaldi, C., Chaves, A., Elborai, S., He, X. T. and Zahn, M., "Magnetic fluid rheology and flows," Current Opinion in Colloid & Interface Science, Vol. 10, 2005, pp. 141-157.
[2]   Finlayson, B., "Convective instability of ferromagnetic fluids," Journal of Fluid Mechanics, Vol. 40, 1970, pp. 753-767.
[3]   Odenbach, S., "Microgravity experiments on thermomagnetic convection in magnetic fluids," Journal of magnetism and magnetic materials, Vol. 149, 1995, pp. 155-157.
[4]   Rosensweig, R.E., Ferrohydrodynamics: Courier Corporation, 2013.
[5]   Selimefendigil, F., Öztop, H.F. and Al-Salem, K., "Natural convection of ferrofluids in partially heated square enclosures", Journal of magnetism and magnetic materials, Vol. 372, 2014, pp. 122-133.
[6]   Mojumder, S., Saha, S. and Mamun, M.A.H., "Effect of Magnetic Field on Natural Convection in a C-shaped Cavity Filled with Ferrofluid," Procedia Engineering, Vol. 106, 2015, pp. 96-104.
[7]    Krakov, M., Nikiforov, I. and Reks, A., "Influence of the uniform magnetic field on natural convection in cubic enclosure: experiment and numerical simulation," Journal of magnetism and magnetic materials, Vol. 289, 2005, pp. 272-274.
[8]    Sawada, T., Kikura, H., Saito, A. and Tanahashi, T., "Natural convection of a magnetic fluid in concentric horizontal annuli under nonuniform magnetic fields," Experimental thermal and fluid science, Vol. 7, 1993, pp. 212-220.
[9]    Aminfar, H., Mohammadpourfard, M. and Kahnamouei, Y. N. "A 3D numerical simulation of mixed convection of a magnetic nanofluid in the presence of non-uniformmagnetic field in a vertical tube using two phase mixture model," Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Vol. 323, 2011, 1972, pp. 1963.
[10]  Aminfar, H., Mohammadpourfard, M. and Zonouzi, S. A., "Numerical study of the ferrofluid flow and heat transfer through a rectangular duct in the presence of a non-uniform transverse magnetic field," Journal of Magnetism and Magnetic materials, Vol. 327, 2013, pp. 31-42.
[11]  Ganguly, R., Sen, S. and Puri, I. K., "Heat transfer augmentation using a magnetic fluidunder the influence of a line dipole," Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Vol. 271, 2004, pp. 63-73.
[12]  Strek, T. and Jopek, H., "Computer simulation of heat transfer through a ferrofluid," Physica status solidi (b), Vol. 244, 2007, pp. 1027-1037.
[13]  Xuan, Y., Li, Q. and Ye, M., "Investigations of convective heat transfer in ferrofluid microflows using lattice-Boltzmann approach," International Journal of Thermal Sciences, Vol. 46, 2007, pp. 105-111.
[14]  Goharkhah, M. and Ashjaee, M., "Effect ofan alternating nonuniform magnetic field on ferrofluid flow and heat transfer in a channel," Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Vol. 362, 2014, pp. 80-89.
[15]  Ghasemian, M., Ashrafi, Z. N., Goharkhah, M. and Ashjaee, M., "Heat transfer characteristics of Fe 3 O 4 ferrofluid flowing in a mini channel under constant and alternating magnetic fields," Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Vol. 381, 2015, pp. 158-167.
[16]  Sheikhnejad, Y., Hosseini, R. and Saffar-avval, M. "Effect of different magnetic field distributions on laminar ferroconvection heat transfer in horizontal tube", Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Vol. 389, 2015, pp. 136-143.
[17]  Sheikhnejad, Y., Hosseini, M., Teixeira, Shahpari, A., Hosseini, A. Saffar, R. and Avval, M., "Experimental Investigation  and Three-Dimensional Numerical Analysis of Ferroconvection Through Horizontal Tube Under Magnetic Field of Fixed Parallel Magnet Bars," Journal of Heat Transfer, Vol. 139, 2017, pp. 131-141.
[18]   Tzirtzilakis, E., "A mathematical model for blood flow in magnetic field," Physics of fluids, Vol. 17, 2005, p. 077103.
[19]   Tzirtzilakis, E. and Kafoussias, N., "Three-dimensional magnetic fluid boundary layer flow over a linearly stretching sheet," Journal of Heat Transfer, Vol. 132, 2010, p. 011702.
[20]   Tzirtzilakis, E. and Tanoudis, G., "Numerical study of biomagnetic fluid flow over a stretching sheet with heat transfer," International Journal of Numerical Methods for Heat & Fluid Flow, Vol. 13, 2003, pp. 830-848.

  • تاریخ دریافت 11 شهریور 1396
  • تاریخ بازنگری 18 مهر 1396
  • تاریخ پذیرش 09 اسفند 1396
  • تاریخ اولین انتشار 01 شهریور 1397