میکروکانال­ها بیان شده است. در ادامه مدل‌های مختلف در توصیف رفتار سیالات غیرنیوتنی و سپس مفهوم نانوسیال، نحوه تولید نانوذرات و تهیه نانوسیال، مدل‌های مختلف برای بیان خواص ترموفیزیکی نانوسیال­ها از قبیل چگالی، ضریب گرمایی ویژه، ضریب هدایت حرارتی و لزجت دینامیکی تشریح شده است. همچنین مدل‌های مناسب برای استفاده در این تحقیق انتخاب شده‌اند. با استفاده از نرم‌افزار CFX، معادلات بقای جرم، بقای مومنتم و بقای انرژی برای جریان مغشوش سیال غیرنیوتنی محلول آبی 5/0 درصد وزنی کربوکسی متیل سلولز و همچنین برای نانوسیال حاوی ذرات اکسید مس در سیال غیرنیوتنی مذکور حل شده است. میدان‌های سرعت، فشار و دمای نانوسیال­ها به دست آمده­اند و با تحلیل نتایج ضریب انتقال حرارت جابه­جایی و عدد ناسلت نانوسیال­ها محاسبه شده­اند. همچنین اثرات کسر حجمی یا غلظت نانوذرات، عدد رینولدز و قطر نانوذرات بر نتایج بررسی شده­اند که بیانگر افزایش ضریب انتقال حرارت جابه­جایی و عدد ناسلت با استفاده از نانوسیال غیرنیوتنی نسبت به سیال غیرنیوتنی پایه است. یک رابطه مستقیم بین این افزایش با کسرحجمی نانوذرات و عدد رینولدز وجود دارد. همچنین با کاهش قطر نانوذرات، ضریب انتقال حرارت جابه­جایی افزایش می‌یابد.
 
کلیدواژه‌ها: میکروکانال، نانوسیال، غیرنیوتنی، انتقال حرارت جابه­جایی، جریان مغشوش، عدد ناسلت
 
 
 
 
 

فهرست مطالب
عنوان 
صفحه
فهرست مطالب
هفت
فهرست جدول­ها
ده
فهرست شکل­ها
یازده
فهرست علائم
سیزده
فصل اول- مقدمه
1
1-1 میکروکانال­ها
2
1-2 تغییر خاصیت رئولوژیکی سیال
2
1-3 مواد افزودنی به مایعات
2
فصل دوم-میکروکانال­ها
4
2-1 چکیده
4
2-2 تاریخچه میکروکانال­­ها
5
2-3 معرفی میکروکانال­ها
5
2-4 طبقه‌بندی میکروکانال­ها و مینی­کانال­ها
6
2-5 مزایا و چالش­های میکروکانال­ها
7
2-6 روش‌های ساخت میکروکانال­ها
8
2-6-1 فناوری متداول
9
2-6-2 تغییر شکل میکرو
9
2-6-3 اره کردن میکرو (برش‌کاری میکرو)
10
2-6-4 تکنولوژی مدرن
10
2-6-5 MEMS (سیستم میکرو الکترومکانیک)
10
2-6-6 ماشین‌کاری میکرو لیزر
10
2-7 جریان تک فاز در میکروکانال­ها
11
2-8 روابط افت فشار
11
2-9 روابط انتقال حرارت
13
2-9-1 جریان مغشوش
13
2-10 کاربردهای میکروکانال­ها
14
فصل سوم- سیالات غیر نیوتنی
15
3-1 طبقه‌بندی سیالات غیر نیوتنی
15
3-1-1 سیالات غیر نیوتنی مستقل از زمان
16
3-1-2 مدل قاعده توانی
18
3-1-3 مدل کراس
18
3-1-4 مدل کارئو
19
3-1-5 مدل الیس
19
3-1-6 سیالات غیر نیوتنی تابع زمان
19
3-1-7 سیالات ویسکوالاستیک
21
فصل چهارم- نانوسیالات
22
4-1 مفهوم نانوسیالات
22
4-2 مزایای نهان نانوسیال
24
4-3 تهیه نانوسیال
26
4-4 خواص ترموفیزیکی نانوسیالات
28
4-4-1 چگالی
28
4-4-2 گرمای ویژه
28
4-4-3 لزجت
29
4-4-4 ضریب هدایت حرارتی
31
4-5 فناوری نانو
37
4-6 تولید نانوذرات
38
4-6-1 فرآیندهای حالت بخار
38
4-6-2 فرآیند حالت مایع و حالت جامد
39
4-6-3 تولید نانوذرات با استفاده از روش سیال فوق بحرانی
40
4-7 نانولوله­ها
41
4-8 انتقال حرارت جابه­جایی در نانوسیالات
42
4-8-1 جابه­جایی اجباری در نانوسیالات
43
4-8-2 مدل‌های ریاضی تعیین ضریب انتقال حرارت جابه­جایی نانوسیالات
43
4-8-3 انتقال حرارت جابه­جایی طبیعی
47
فصل پنجم- اغتشاش
48
5-1 مقدمه
48
5-2 ویژگی­های جریان اغتشاشی سیالات
50
5-3 مدل‌های اغتشاشی
51
5-3-1 مدل k-e
51
5-3-2 استفاده از تابع جریان در مدل k-e برای اعداد رینولدز بالا
52
5-3-3 مدل k-e در اعداد رینولدز پایین
53
5-3-4 مدل  RNG
53
5-3-5 مدل k-w
54
5-3-6 مدل تنش رینولدزی (RSM)
55
فصل ششم- مطالعات آزمایشگاهی، عددی و تئوریک
56
6-1 مقدمه
56
6-2 مطالعات آزمایشگاهی
57
6-3 مطالعات تئوریک
60
6-4 مطالعات عددی
63
فصل هفتم- بیان مسئله
67
7-1 مقدمه
67
7-2 تشریح مسئله
68
7-3 تعیین خواص ترموفیزیکی نانوسیال
69
7-4 استقلال شبکه و تعیین شرایط مرزی
71
فصل هشتم- نتایج
73
8-1 محاسبه خواص ترموفیزیکی نانوسیال
73
8-2 محاسبه ضریب انتقال حرارت جابه­جایی و عدد ناسلت
74
8-3 اعتبار سنجی
77
8-4 محاسبه ضریب انتقال حرارت جابه­جایی  و عدد ناسلت سیال غیرنیوتنی پایه
78
8-5 تأثیر غلظت نانوذرات بر ضریب انتقال حرارت جابه­جایی و عدد ناسلت
80
8-6 تأثیر اندازه نانوذرات بر ضریب انتقال حرارت جابه­جایی
86
8-7 تأثیر عدد رینولدز بر ضریب انتقال حرارت جابه­جایی نانوسیال و عدد ناسلت
89
فصل نهم- جمع‌بندی و پیشنهاد‌ها
93
9-1 جمع‌بندی
93
9-2 پیشنهاد‌ها
94
مراجع
95
Abstract
103
فهرست جدول­ها
عنوان
صفحه
جدول 2-1 روش‌های ساخت میکروکانال­ها
8
جدول 2-2 خلاصه‌ای از برخی از روش‌های ساخت میکروکانال­ها
9
جدول 2-3 مقادیر مشخصه جریان آرام در کانال‌های مدور و غیر مدور
13
جدول 4-1 مدل‌های لزجت برای نانوسیالات
30
جدول 4-2 تعیین متغیرb برای استفاده در رابطه (4-14)
33
جدول 5-1 تاریخچه مختصر از شخصیت­ها و نظریات تأثیرگذار
49
جدول 7-1 رینولدز بحرانی در میکروکانال­های مدور
68
جدول 7-2 استقلال شبکه
71
جدول 8-1 خواص ترموفیزیکی محاسبه شده برای نانوسیال موردتحقیق
74
جدول 8-2 ضریب و اندیس قاعده توانی در غلظت‌های موردنظر
74
جدول 8-3 مقایسه عدد ناسلت میانگین سیال نیوتنی آب به دو روش در رینولدزهای متفاوت
78
 
 
 
 
 
 
 

فهرست شکل­ها
عنوان 
صفحه
شکل 3–1 منحنی­های تنش برشی در برابر نرخ برش برای سیالات مستقل از زمان
17
شکل 3–2 منحنی­های تنش برشی در برابر نرخ برش برای سیالات غیر نیوتنی تابع از زمان
21
شکل 4-1 ضریب هدایت حرارتی بعضی از مواد
24
شکل 7-1 دامنه حل و هندسه جریان
69
شکل 7-2 شبکه­بندی در راستای شعاع و راستای طول
71
شکل 8-1 تغییرات دماهای دیواره و میانگین سیال غیرنیوتنی پایه در رینولدز 14700
75
شکل 8-2 تغییرات دماهای دیواره و میانگین نانوسیال غیرنیوتنی حاوی ذرات اکسید مس با درصد غلظت 5/1 و اندازه 100 نانومتر در رینولدز 14700
76
شکل 8-3 تغییرات دماهای

دیواره و میانگین سیال غیرنیوتنی پایه و نانوسیال غیرنیوتنی در رینولدز 14700
77
شکل 8-4 تغییرات ضریب انتقال حرارت موضعی سیال غیرنیوتنی پایه در طول لوله و اثر عدد رینولدز
79
شکل 8-5 تغییرات عدد ناسلت موضعی سیال غیرنیوتنی پایه در سه رینولدز مختلف
80
شکل 8-6 اثر غلظت ذرات و عدد رینولدز بر ضریب انتقال حرارت جابه­جایی میانگین برای ذرات با اندازه 25 نانومتر
80
شکل 8-7 اثر غلظت ذرات و عدد رینولدز بر ضریب انتقال حرارت جابه­جایی میانگین برای ذرات با اندازه 50 نانومتر
81
شکل 8-8 اثر غلظت ذرات و عدد رینولدز بر ضریب انتقال حرارت جابه­جایی میانگین برای ذرات با اندازه 100 نانومتر
82
شکل 8-9 اثر غلظت ذرات و عدد رینولدز بر عدد ناسلت میانگین برای ذرات با اندازه 25 نانومتر
83
شکل 8-10 اثر غلظت ذرات و عدد رینولدز بر عدد ناسلت میانگین برای ذرات با اندازه 50 نانومتر
84
شکل 8-11 اثر غلظت ذرات و عدد رینولدز بر عدد ناسلت میانگین برای ذرات با اندازه 100 نانومتر
85
شکل 8-12 تغییرات ضریب انتقال حرارت جابه­جایی میانگین نسبت به تغییر اندازه نانوذرات در رینولدز 2500
86
شکل 8-13 تغییرات ضریب انتقال حرارت جابه­جایی میانگین نسبت به تغییر اندازه نانوذرات در رینولدز 4500
87
شکل 8-14 تغییرات ضریب انتقال حرارت جابه­جایی میانگین نسبت به تغییر اندازه نانوذرات در رینولدز 14700
88
شکل 8-15 اثر رینولدز بر ضریب انتقال حرارت جابه­جایی موضعی نانوسیال در غلظت 5/0 درصد حجمی ذرات و اندازه 25 نانومتر90
89
شکل 8-16 اثر رینولدز بر ضریب انتقال حرارت جابه­جایی موضعی نانوسیال در غلظت 5/0 درصد حجمی ذرات و اندازه 50 نانومتر
90
شکل 8-17 اثر رینولدز بر ضریب انتقال حرارت جابه­جایی موضعی نانوسیال در غلظت 5/0 درصد حجمی ذرات و اندازه 100 نانومتر
90
شکل 8-18 اثر رینولدز بر عدد ناسلت موضعی نانوسیال در غلظت 5/0 درصد حجمی ذرات و اندازه 25 نانومتر
91
شکل 8-19 اثر رینولدز بر عدد ناسلت موضعی نانوسیال در غلظت 5/0 درصد حجمی ذرات و اندازه 50 نانومتر
91
شکل 8-20 اثر رینولدز بر عدد ناسلت موضعی نانوسیال در غلظت 5/0 درصد حجمی ذرات و اندازه 100 نانومتر
92
 
 
 
 
 
فهرست علائم:
 
علائم:
A- مساحت
Ac– سطح مقطع
Cp– گرمای ویژه در فشار ثابت
dp- اختلاف فشار
dh– قطر هیدرولیکی
dp – قطر ذرات
D- قطر
h- ضریب انتقال گرمای جابجایی
k- ضریب هدایت گرمایی، ضریب قاعده توانی
K- ضریب قاعده توانی
KB– ثابت بولتزمن
L- طول
n- توان قاعده توانی
Nu- عدد ناسلت
NA– عدد آووگادرو
P – فشار
Pe- عدد پکله
Pr- عدد پرانتل
Pw– محیط خیس شده