رضا بیگزاده

در این پایان‌نامه، عملکرد حرارتی- هیدرولیکی کانال‌های با هندسه زیگزاگ و مارپیچ با هدف بهبود انتقال حرارت همراه با کنترل افت فشار، به‌صورت عددی بررسی شده است. شبیه‌سازی‌ها با روش دینامیک سیالات محاسباتی انجام شد و اثر پارامترهای هندسی و حضور نانوذرات آلومینا در سیال پایه بر شاخص‌های عملکردی ارزیابی گردید. در هندسه زیگزاگ، زاویه انحراف در مقادیر 5، 25 و 45 درجه و طول گام در مقادیر 0٫13، 0٫16 و 0٫19 متر تغییر داده شد؛ در هندسه مارپیچ نیز شعاع انحنا در مقادیر 0٫02، 0٫03 و 0٫04 متر و طول گام در مقادیر 0٫09، 0٫12 و 0٫15 متر در نظر گرفته شد. همچنین عدد رینولدز در بازه 20000 تا 60000 و کسر حجمی نانوذرات در بازه 0٫01 تا 0٫05 اعمال شد و معیارهای عدد ناسلت، ضریب اصطکاک و شاخص عملکرد حرارتی- هیدرولیکی برای تحلیل و مقایسه استخراج گردید. در ادامه، به‌منظور انتخاب ترکیب بهینه پارامترها در هر هندسه، از الگوریتم ژنتیک استفاده شد. نتایج نشان داد در کانال زیگزاگ، عدد ناسلت در بازه تقریبی 147 تا 515 تغییر می‌کند و بیشینه افزایش آن در فضای طراحی به حدود 251 درصد می‌رسد، در حالی‌که ضریب اصطکاک در بازه تقریبی 0٫021 تا 0٫185 قرار می‌گیرد که بیانگر حساسیت بالای تلفات هیدرولیکی به تشدید اختلاط است. بهترین حالت زیگزاگ از منظر شاخص عملکرد ترموهیدرودینامیکی در زاویه انحراف برابر با 45 درجه، طول گام برابر با 0٫13 متر، عدد رینولدز برابر با 40000 و کسر حجمی نانوذرات برابر با 0٫05 به‌دست آمد و مقدار شاخص به حدود 1٫135 رسید. در کانال مارپیچ، عدد ناسلت در بازه تقریبی 155 تا 460 و ضریب اصطکاک در بازه محدودتر 0٫0257 تا 0٫0433 تغییر کرد و شاخص عملکرد ترموهیدرودینامیکی در بازه 0٫998 تا 1٫194 قرار گرفت که نشان‌دهنده پایداری بیشتر این هندسه از منظر کنترل تلفات هیدرولیکی است. در مارپیچ، افزایش شعاع انحنا عموماً با کاهش محسوس ضریب اصطکاک و افت حرارتی کوچک همراه بوده و می‌تواند شاخص عملکرد حرارتی- هیدرولیکی را تقویت کند. بهترین حالت مارپیچ در شعاع انحنا برابر با 0٫04 متر، طول گام برابر با 0٫15 متر، عدد رینولدز برابر با 20000 و کسر حجمی نانوذرات برابر با 0٫05 حاصل شد و مقدار شاخص به حدود 1٫194 رسید. مقایسه نهایی نشان داد اگرچه زیگزاگ بیشینه عدد ناسلت بالاتری ارائه می‌دهد، اما بهترین حالت مارپیچ از نظر شاخص عملکرد حرارتی- هیدرولیکی حدود 5٫2 درصد برتر از بهترین حالت زیگزاگ است و به‌عنوان گزینه برتر کل مطالعه معرفی می‌شود.