بررسی عددی تاثیر ذرات نانو در مواد تغییر فاز دهنده

عنوان پروژه بررسی عددی تاثیر ذرات نانو در مواد تغییر فاز دهنده در یک محفظه بسته مربعی سه بعدی می باشد. 

فهرست مطالب

فصل اول. 1

مقدمه. 1

1-1        مقدمه. 1

1-3 نانو تكنولوژي.. 4

1-3-1 چرا «نانو» تكنولوژي؟. 5

1-4 تاريخچه نانو فناوري.. 5

1-5 كاربرد نانو سيالات.. 6

1-6 روش­هاي ذخيره انرژي.. 7

1-6-1 ذخيره انرژي به صورت مکانيکي.. 7

1-6-2 ذخيره الکتريکي.. 7

1-6-3-1 ذخيره گرماي محسوس... 8

1-6-3-2 ذخيره گرماي نهان. 8

1-6-3-3 ذخيره انرژي ترموشيميايي.. 8

1-7 ويژگي­هاي سيستم ذخيره نهان.. 10

1-8 ويژگي­هاي مواد تغيير فاز دهنده. 10

1-10-1-1 پارافين­ها 12

1-10-1-2 غير پارافين‌ها 13

1-10-2 مواد تغيير فاز دهنده غيرآلي.. 14

1-10-2-1 هيدرات­هاي نمک.. 14

1-10-2-2 فلزات.. 15

1-10-3 اوتکتيک­ها 15

1-11 کپسوله کردن مواد تغيير فاز دهنده. 15

1-12 سيستم‌هاي ذخيره انرژي حرارتي.. 17

1-12-1 سيستم‌هاي گرمايش آب خورشيدي.. 17

1-13 کاربرد­هاي مواد تغيير فاز دهنده در ساختمان.. 17

1-14 کاربرد مواد تغيير فاز دهنده در ديگر زمينه ها 18

1-15  تکنیک­های افزایش کارایی سیستم ذخیره­ساز انرژی.. 19

1-15-1 استفاده از سطوح گسترش یافته. 19

1-15-2 استفاده از شبکهای از PCMها در سیستم. 20

1-15-3 افزایش هدایت حرارتی PCM.. 21

1-15-4 میکروکپسوله کردن PCM.. 23

فصل دوم. 25

پیشینه موضوع و تعریف مسئله. 25

2-1- مقدمه. 25

2-2- روش­هاي مدلسازي جريان نانوسيال. 25

2-3- منطق وجودي نانو سيالات.. 28

2-4- پارامترهاي انتقال حرارت در نانوسيالات.. 31

2-4-1- انباشتگي ذرات.. 31

2-4-2- نسبت حجمي ذرات نانو. 32

2-4-3- حرکت براوني.. 33

2-4-4- ترموفورسيس... 33

2-4-5- اندازه نانوذرات.. 34

2-4-6- شکل نانوذرات.. 34

2-4-7- ضخامت لايه سيال بين ذرات نانو. 35

2-4-8- دما 36

2-5- انواع نانو ذرات.. 36

2-5-1- نانو سيالات سراميكي.. 36

2-5-2- نانو سيالات فلزي.. 37

2-5-3- نانو سيالات، حاوي نانو لوله هاي كربني و پليمري.. 38

2-6- نظريه هايي بر نانو سيالات.. 39

2-6-1- روابط تئوري ارائه شده در زمينه ضريب رسانش حرارتي موثرنانوسيال. 39

2-6-2- کارهاي تجربي انجام شده در زمينه ضريب رسانش حرارتي موثر نانوسيال. 43

2-6-3- کارهاي تجربي انجام شده در زمينه ويسکوزيته موثر نانوسيال. 44

2-7- کارهاي تجربي انجام شده در زمينه­ي انتقال حرارت در نانوسيال. 44

2-8- کارهاي عددي انجام شده در زمينه­ي انتقال حرارت در نانوسيال درداخل حفره‌ی مربعي   45

2-9- کارهاي انجام شده در زمينه­ي تغییر فاز ماده. 45

2-10- تعریف مسئله. 48

فصل سوم. 49

معادلات حاکم و روشهاي حل.. 49

3-1 فرض پيوستگي.. 49

3-2- معادلات حاکم بر رژيم آرام سيال خالص... 50

3-3- مدل بوزينسک... 51

3-4- خواص نانوسيال. 51

3-5 - معادلات حاکم بر تحقیق حاضر. 52

3-6- شرايط مرزي و اوليه. 53

3-7- روش بررسی تغییر فاز در این پژوهش... 54

3-7-1 تغيير فاز با مرز مجزا 54

3-7-2 تغيير فاز آلياژها 54

3-7-3 تغيير فاز پيوسته. 54

3-8- معادلات حاکم بر روش آنتالپی.. 56

3-8-1 معادله حاكم بر انتقال حرارت بر پايه روش آنتالپي.. 56

3-8-2 معادلات نهايي حاكم بر انتقال حرارت بر پايه روش آنتالپي تعميم يافته. 58

3-9  مروري بر روش­هاي عددي.. 61

3-9-1  روش حل تفکيکي.. 62

3-9-2 روش حل پيوسته. 64

3-9-3 خطي سازي: روش ضمني و روش صريح. 65

3-9-4 انتخاب حل کننده 67

3-10  خطي سازي.. 69

3-10-1 روش بالادست مرتبه اول. 70

3-10-2  روش بالادست توان-پيرو 70

3-10-3 روش بالادست مرتبه دوم. 72

3-10-4 روش QUICK. 73

3-11  شکل خطي شده معادله گسسته شده. 74

3-12 مادون رهايي.. 75

3-13  حل کننده تفکيکي.. 75

3-13-1  گسسته سازي معادله ممنتوم. 75

3-13-1-1 روش درونيابي فشار 76

3-13-2  گسسته سازي معادله پيوستگي.. 77

4-13-3 پيوند فشار- سرعت.. 78

3-13-3-1 SIMPLE. 79

3-13-3-2 SIMPLEC. 80

3-13-3-3 PISO.. 80

3-14  انتخاب روش گسسته سازي.. 81

3-14-1  مرتبه اول و مرتبه دوم. 81

3-14-2 روش هاي توان- پيرو و QUICK. 82

3-14-3  انتخاب روش درونيابي فشار 82

3-15  انتخاب روش پيوند فشار- سرعت.. 83

3-15-1  SIMPLE و SIMPLEC. 83

3-15-2  PISO.. 84

3-17 مدلسازي­هاي وابسته به زمان.. 84

3-17-1 گسسته سازي وابسته به زمان. 85

3-17-2 انتگرال گيري زماني ضمني.. 85

3-17-3 انتگرال­گيري زماني صريح. 86

3-17-4  انتخاب اندازه بازه زماني.. 87

3-18 انتخاب روش­هاي حل.. 87

3-19 شبکه بندی و گام زمانی.. 89

3-19-1 آزمون عدم وابستگی نتایج به تعداد نقاط شبکه و گام زمانی.. 89

3-20- مراحل حل مسئله. 91

فصل چهارم. 92

بررسي نتايج عددي.. 92

4-1 اعتبار سنجي مسئله. 93

4-2  اثر افزودن نانو ذرات.. 98

4-3 بررسی اثر افزودن ذرات نانو در مدل­های گفته شده در قسمت اعتبار سنجی   114

فصل پنجم. 124

5-1 نتیجه گیری.. 124

5-2 فعاليت های پيشنهادی برای ادامه کار  ................................................................................... 126

مراجع. 127

 

فصل اول. 1

مقدمه. 1

1-1        مقدمه. 1

1-3 نانو تكنولوژي.. 4

1-3-1 چرا «نانو» تكنولوژي؟. 5

1-4 تاريخچه نانو فناوري.. 5

1-5 كاربرد نانو سيالات.. 6

1-6 روش­هاي ذخيره انرژي.. 7

1-6-1 ذخيره انرژي به صورت مکانيکي.. 7

1-6-2 ذخيره الکتريکي.. 7

1-6-3-1 ذخيره گرماي محسوس... 8

1-6-3-2 ذخيره گرماي نهان. 8

1-6-3-3 ذخيره انرژي ترموشيميايي.. 8

1-7 ويژگي­هاي سيستم ذخيره نهان.. 10

1-8 ويژگي­هاي مواد تغيير فاز دهنده. 10

1-10-1-1 پارافين­ها 12

1-10-1-2 غير پارافين‌ها 13

1-10-2 مواد تغيير فاز دهنده غيرآلي.. 14

1-10-2-1 هيدرات­هاي نمک.. 14

1-10-2-2 فلزات.. 15

1-10-3 اوتکتيک­ها 15

1-11 کپسوله کردن مواد تغيير فاز دهنده. 15

1-12 سيستم‌هاي ذخيره انرژي حرارتي.. 17

1-12-1 سيستم‌هاي گرمايش آب خورشيدي.. 17

1-13 کاربرد­هاي مواد تغيير فاز دهنده در ساختمان.. 17

1-14 کاربرد مواد تغيير فاز دهنده در ديگر زمينه ها 18

1-15  تکنیک­های افزایش کارایی سیستم ذخیره­ساز انرژی.. 19

1-15-1 استفاده از سطوح گسترش یافته. 19

1-15-2 استفاده از شبکهای از PCMها در سیستم. 20

1-15-3 افزایش هدایت حرارتی PCM.. 21

1-15-4 میکروکپسوله کردن PCM.. 23

فصل دوم. 25

پیشینه موضوع و تعریف مسئله. 25

2-1- مقدمه. 25

2-2- روش­هاي مدلسازي جريان نانوسيال. 25

2-3- منطق وجودي نانو سيالات.. 28

2-4- پارامترهاي انتقال حرارت در نانوسيالات.. 31

2-4-1- انباشتگي ذرات.. 31

2-4-2- نسبت حجمي ذرات نانو. 32

2-4-3- حرکت براوني.. 33

2-4-4- ترموفورسيس... 33

2-4-5- اندازه نانوذرات.. 34

2-4-6- شکل نانوذرات.. 34

2-4-7- ضخامت لايه سيال بين ذرات نانو. 35

2-4-8- دما 36

2-5- انواع نانو ذرات.. 36

2-5-1- نانو سيالات سراميكي.. 36

2-5-2- نانو سيالات فلزي.. 37

2-5-3- نانو سيالات، حاوي نانو لوله هاي كربني و پليمري.. 38

2-6- نظريه هايي بر نانو سيالات.. 39

2-6-1- روابط تئوري ارائه شده در زمينه ضريب رسانش حرارتي موثرنانوسيال. 39

2-6-2- کارهاي تجربي انجام شده در زمينه ضريب رسانش حرارتي موثر نانوسيال. 43

2-6-3- کارهاي تجربي انجام شده در زمينه ويسکوزيته موثر نانوسيال. 44

2-7- کارهاي تجربي انجام شده در زمينه­ي انتقال حرارت در نانوسيال. 44

2-8- کارهاي عددي انجام شده در زمينه­ي انتقال حرارت در نانوسيال درداخل حفره‌ی مربعي   45

2-9- کارهاي انجام شده در زمينه­ي تغییر فاز ماده. 45

2-10- تعریف مسئله. 48

فصل سوم. 49

معادلات حاکم و روشهاي حل.. 49

3-1 فرض پيوستگي.. 49

3-2- معادلات حاکم بر رژيم آرام سيال خالص... 50

3-3- مدل بوزينسک... 51

3-4- خواص نانوسيال. 51

3-5 - معادلات حاکم بر تحقیق حاضر. 52

3-6- شرايط مرزي و اوليه. 53

3-7- روش بررسی تغییر فاز در این پژوهش... 54

3-7-1 تغيير فاز با مرز مجزا 54

3-7-2 تغيير فاز آلياژها 54

3-7-3 تغيير فاز پيوسته. 54

3-8- معادلات حاکم بر روش آنتالپی.. 56

3-8-1 معادله حاكم بر انتقال حرارت بر پايه روش آنتالپي.. 56

3-8-2 معادلات نهايي حاكم بر انتقال حرارت بر پايه روش آنتالپي تعميم يافته. 58

3-9  مروري بر روش­هاي عددي.. 61

3-9-1  روش حل تفکيکي.. 62

3-9-2 روش حل پيوسته. 64

3-9-3 خطي سازي: روش ضمني و روش صريح. 65

3-9-4 انتخاب حل کننده 67

3-10  خطي سازي.. 69

3-10-1 روش بالادست مرتبه اول. 70

3-10-2  روش بالادست توان-پيرو 70

3-10-3 روش بالادست مرتبه دوم. 72

3-10-4 روش QUICK. 73

3-11  شکل خطي شده معادله گسسته شده. 74

3-12 مادون رهايي.. 75

3-13  حل کننده تفکيکي.. 75

3-13-1  گسسته سازي معادله ممنتوم. 75

3-13-1-1 روش درونيابي فشار 76

3-13-2  گسسته سازي معادله پيوستگي.. 77

4-13-3 پيوند فشار- سرعت.. 78

3-13-3-1 SIMPLE. 79

3-13-3-2 SIMPLEC. 80

3-13-3-3 PISO.. 80

3-14  انتخاب روش گسسته سازي.. 81

3-14-1  مرتبه اول و مرتبه دوم. 81

3-14-2 روش هاي توان- پيرو و QUICK. 82

3-14-3  انتخاب روش درونيابي فشار 82

3-15  انتخاب روش پيوند فشار- سرعت.. 83

3-15-1  SIMPLE و SIMPLEC. 83

3-15-2  PISO.. 84

3-17 مدلسازي­هاي وابسته به زمان.. 84

3-17-1 گسسته سازي وابسته به زمان. 85

3-17-2 انتگرال گيري زماني ضمني.. 85

3-17-3 انتگرال­گيري زماني صريح. 86

3-17-4  انتخاب اندازه بازه زماني.. 87

3-18 انتخاب روش­هاي حل.. 87

3-19 شبکه بندی و گام زمانی.. 89

3-19-1 آزمون عدم وابستگی نتایج به تعداد نقاط شبکه و گام زمانی.. 89

3-20- مراحل حل مسئله. 91

فصل چهارم. 92

بررسي نتايج عددي.. 92

4-1 اعتبار سنجي مسئله. 93

4-2  اثر افزودن نانو ذرات.. 98

4-3 بررسی اثر افزودن ذرات نانو در مدل­های گفته شده در قسمت اعتبار سنجی   114

فصل پنجم. 124

5-1 نتیجه گیری.. 124

5-2 فعاليت های پيشنهادی برای ادامه کار  ................................................................................... 126

مراجع. 127