Numerical Investigation of Copper-Water Nanofluid in a Parallel Plate Channel

Abstract

ABSTRACT: Heat transfer behavior of Cu-water nanofluid in a two dimensional (infinite depth) rectangular duct is studied numerically for laminar flow, where the nanofluid has been considered as a Newtonian fluid. The governing continuity, momentum, and energy equations are discretized using finite volume approach and solved using SIMPLE method. The viscosity and thermal conductivity of nanofluid are determined by models proposed by Brinkman and Patel et al. Study has been conducted for a wide range of Reynolds number from 10 to 1500, for solid volume fractions between 0% and 5%. Top and bottom walls are considered for two cases of constant temperature and constant wall heat flux, while results for both uniform and parabolic entrance velocities are considered in each case. It has been observed that the rate of heat transfer increases with increase in solid volume fraction as well as increase in flow rate. Besides, higher heat transfer is observed for uniform entrance velocity compared to channel with parabolic inlet velocity. Keywords: Nanofluid, Rectangular duct, Laminar flow, Newtonian. …………………………………………………………………………………………………………………………

ÖZ: Bakır-Su nano-sıvısının ısı transferi davranış ve iki boyutlu dikdörtgen kanal içerisinde sayısal ve nümerik olarak laminer akım için gözlemlenip incelenmiştir. Burada nano-sıvı bir Newton sıvısı olarak düşünülmüştür. Akımın sürekliliği ve istikrarı, ivme ve enerji eşitlikleri sonlu elemanlar yöntem ve analizi kullanılarak ayrıştırılmıştır ve “Simple” yöntemi kullanılarak çözümlendirilmiştir. Nano-sıvının akışkanlığı ve termal iletkenliği Brinkman ve Patel modelleri ile belirlenmiştir. Çalışma 10 Reynolds sayısından 1500 Reynolds sayısına kadar olmak üzere çok geniş Reynolds sayısı aralığında %0 dan %5‟e kadar olan katı hacim yüzdeleri için yapılıp sürdürülmüştür. Alt ve üst duvarlar sabit sıcaklıkta ve sabit duvar ısı akışında olmak üzere iki farklı durumda düşünülüp incelenirken hem düzgün hem de parabolik giriş hızları sonuçları her iki durumda da ayrı ayrı incelenmiştir. Sıvı içindeki katı hacim yüzdesi arttıkça ısı transferinin yükseldiği görülmüştür. Bunun yanında düzgün hız girişli akışın, parbolik hız girişli akıştan daha yüksek ısı transferi sağladığı gözlemlenmiştir. Anahtar kelimeler: nano-sıvısı, dikdörtgen kanal, laminer akım, Newton sıvısı.