در این مطالعه عددی، زاویه حمله دندانه مثلثی شکل در میکرو کانال دو بعدی با استفاده از نانو سیال بررسی می شود. سیال خنک کننده نانوسیال آب- اکسید نقره در کسر حجمی 4-0 درصد نانو ذره جامد است. جریان نانو سیال به صورت آرام و در محدوده اعداد رینولدز 5، 100 و 500 بررسی می شود. در این پژوهش تغییرات زاویه حمله دندانه مثلثی شکل، کسر حجمی نانو ذره جامد، قطر نانو ذرات جامد و عدد رینولدز بر روی پارامترهای هیدرودینامیکی جریان بررسی می شوند. نتایج این تحقیق نشان می دهند که ضریب اصطکاک و قدرت پمپاژ تقریباً مستقل از قطر نانو ذره جامد هستند. در اعداد رینولدز پایین وجود دندانه با زاویه حمله تقریباً تأثیر کمتری روی خطوط جریان دارد و این موضوع در اعداد رینولدز بالاتر تغییرات بیشتری دارد.

مقدمه

   سیستم های خنک کننده یکی از مهم ترین دغدغه های کارخانه ها و صنایعی مانند میکروالکترونیک و صنایع ریز مقیاس است. بهینه سازی سیستم های انتقال گرما در اثر اکثر مواقع به وسیله افزایش سطح آن ها صورت می گیرد، که همواره باعث افزایش حجم و اندازه این دستگاه ها می شود. برای غلبه بر این مشکل به خنک کننده های جدید و موثر نیاز است. نانو سیالات به عنوان راهکاری جدید در این زمینه مطرح شده اند. نانو سیالات به علت بهبود خواص گرمایی توجه بسیاری از دانشمندان را در سال های اخیر به خود جلب کرده است. به عنوان مثال مقدار کمی (حدود یک درصد حجمی) نانو ذرات مس یا نانو لوله های کربنی اتیلن گلیکول یا روغن به ترتیب افزایش 40 و 150 درصدی در هدایت گرمایی این سیالات ایجاد می کند؛ در حالی که برای رسیدن به چنین افزایشی در سوسپانسیون های معمولی به غلظت های بالاتر از ده درصد از ذرات احتیاج است. این در حالی است که مشکلات رئولوژیکی و پایداری این سوسپانسیون ها در غلظت های بالا مانع از استفاده گسترده آن ها در انتقال گرما می شود. در برخی از تحقیقات هدایت گرمای نانو سیالات چندین برابر بیشتر از پیش بینی تئوری ها است. البته از سوسپانسیون نانو ذرات فلزی در دیگر زمینه ها از جمله صنایع دارویی و درمان سرطان نیز استفاده شده است. امروزه زمینه تحقیقاتی میکرو و نانو سیال زمینه بسیار مهمی است که کاربردهای متعددی از جمله انتقال حرارت در تراشه ها و کیت ها، صنایع تصفیه، صنایع کاغذ سازی، روانکاری، پوشش سطح، علم مواد، علوم زیستی و غیره دارد. اکبری و همکاران تأثیر وجود دندانه بر پارامترهای جریان و انتقال حرارت آرام نانو سیال آب- اکسید آلومینیوم با کسر حجمی های مختلف نانو ذره در یک میکرو کانال مستطیلی سه بعدی را به صورت عددی بررسی کردند. در یک پژوهش آن ها دریافتند که سیال در مقاطعی که دارای دندانه است، نسبت به سطح بدون دندانه انتقال حرارت بالاتری با دیواره گرم دارد. همچنین در مقطع خروجی میکرو کانال با افزایش عدد رینولدز، تعداد دندانه و افزایش کسر حجمی نانو ذرات افزایش دمای بیشتری در سیال رخ می دهد. در پژوهشی دیگر کریمی پور و همکاران تأثیر وجود دندانه بر پارامترهای جریان و انتقال حرارت آرام نانوسیال آب- اکسید نقره را در یک میکرو کانال مستطیلی دو بعدی به صورت عددی مورد مطالعه قرار دادند. نتایج آن ها نشان داد که با افزایش عدد رینولدز در میکرو کانال دندانه دار، نرخ انتقال حرارت افزایش می یابد. همچنین با افزایش کسر حجمی نانو ذرات جامد، عملکرد حرارتی نانو سیال افزایش می یابد، که دلیل آن ناشی از افزایش حجم نانوذرات با هدایت حرارتی نسبی بالاتر است.