بررسی عوامل مؤثر بر افزایش انتقال حرارت نانوسیال‌ها

محققان دانشگاه آزاد اسلامی واحد نیشابور و دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل به بررسی تئوری و عددی روش‌های جدید برای افزایش نرخ انتقال حرارت به کمک نانوسیال‌ها پرداختند. نتایج این تحقیق نشان داده که با تغییر عواملی از جمله قطر نانوذرات، ایجاد میدان مغناطیسی، جه

کوچک‌تر شدن محصولات صنعتی مانند گوشی‌های موبایل و رایانه‌ها از یک طرف و افزایش قابلیت‌های آن‌ها از طرف دیگر، سبب تولید مقدار زیاد گرما در مساحت کم می‌شود. لذا، افزایش ضریب انتقال حرارت یکی از اهداف مهم در محصولات خانگی و صنعتی است. استفاده از نانوسیال‌ها، یکی از روش‌های دستیابی به افزایش نرخ انتقال حرارت در این تجهیزات است.
نانوسیال‌ها به طور گسترده به عنوان عامل خنک کننده در تجهیزات مختلف مانند مبدل‌های حرارتی، خنک کننده‌های خورشیدی، میکروکانال‌ها و جریان‌های چند مرحله‌ای به کار گرفته می‌شوند. در این بین، جریان نانوسیال‌ها در کانال‌ها در فرایندهای شیمیایی، کاربردهای پزشکی، حمل دارو، کاربردهای دارویی، سورفاکتانت و پوشش‌ها دارای اهمیت زیادی است.
به گفته‌ی امیر ملوندی، بررسی تئوری نانوسیال‌ها همواره با چالش‌های فراوانی روبرو بوده است، به طوریکه همواره نتایج تئوری با نتایج آزمایشگاهی در تناقض بوده است. هدف از این پروژه برطرف نمودن مشکلات تئوری شبیه سازی نانوسیال‌ها و تناقض‌های مهم در بررسی رفتارهای آزمایشگاهی نانوسیال‌هاست.
وی در توضیح بیشتر در خصوص کارهای انجام شده در این طرح عنوان کرد: «بررسی امکان و نحوه‌ی بهینه سازی انتقال حرارت برای جریان نانوسیال میان دو لوله‌ی هم مرکز (مانند مبدل‌های حرارتی) که تحت اثر میدان مغناطیسی قرار دارد، از مهم‌ترین بخش‌های مطالعه شده در این پژوهش است. در واقع توزیع نانوذرات به عنوان عامل مهم و تأثیر گذار بر نرخ انتقال حرارت، به صورت دقیق و با استفاده از نیروهای نانومقیاس مدل سازی شده‌است. همچنین، با توجه به اثرات شدید چیدمان المان‌های حرارتی بر توزیع نانو ذرات، چیدمان‌های مختلف المان‌های حرارتی بررسی و چیدمان مناسب ارائه شده است. »
ملوندی نتایج این طرح را بدین شرح توضیح داد: «انتقال حرارت زمانی به حالت بهینه نزدیک‌ است که تمرکز المان‌های حرارتی بر روی دیواره خارجی لوله بیشتر باشند. اما کاهش بیش از اندازه‌ی قطر نانوذرات سبب کاهش کارایی مبدل حرارتی می‌شود و باید از آن پرهیز نمود. همچنین، افزایش قدرت میدان مغناطیسی، لغزش روی سطوح دیواره‌ها و کاهش غلظت نانوسیال نیز همگی سبب افزایش کارایی مبدل حرارتی می‌شوند.»
این تحقیقات حاصل همکاری امیر ملوندی- کارشناس ارشد مکانیک از دانشگاه صنعتی امیرکبیر- و امیر مهدی قاسمی- دانشجوی دکترای مکانیک سیالات از دانشگاه ورکستر پلی‌تکنیک انستیتوی آمریکا و دکتر داوود دومیری گنجی- عضو هیأت علمی دانشگاه صنعتی نوشیروانی باب است. نتایج این کار در مجله‌ی International Journal of Thermal Sciences (جلد 109، سال 2016، صفحات 10 تا 22) منتشر شده است.