مطالعه سه‌بعدی آثار دو آرایش ورودی/خروجی جریان و استفاده از نانوسیال بر عملکرد یک چاه‌گرمایی با میکروکانال‌های مثلثی

Abstract

در این تحقیق عددی جریان آرام نانوسیال، انتقال حرارت و سایر مشخصه‌های عملکردی یک چاه‌گرمایی، شامل هفت میکروکانال با مقطع مثلث متساوی‌الساقین، با لحاظ نمودن هدایت در قسمت‌های جامد به صورت سهبعدی بررسی شده‌اند. دو آرایش ورود و خروج افقی (آرایش I) و ورود و خروج عمودی (آرایش U) در نظر گرفته شده‌اند و شبیه‌سازی‌ها برای شار‌ حرارتی ثابت 125 کیلووات بر مترمربع ورودی به کف چاه حرارتی انجام شده‌اند. در مطالعات پیشین مربوط به اثر آرایش ورود و خروج از جریان آب در میکروکانال‌های مستطیلی استفاده شده‌است، اما در این تحقیق از جریان نانوسیال آب-اکسید مس با کسر حجمی‌های از 0 تا 4 درصد در میکروکانال مثلثی استفاده شده‌است. همچنین خواص ترموفیزیکی نانوسیال با دما متغیر لحاظ شده‌اند و اثر حرکت براونی نانوذرات لحاظ و اهمیت استفاده از نانوسیال و در نظرگرفتن حرکت براونی مطالعه شده‌است. نتایج نشان می‌دهد برای هر دو آرایش با افزایش افت فشار عملکرد چاه‌گرمایی از نظر انتقال حرارت، مقاومت حرارتی و توزیع یکنواخت دما در کف چاه‌گرمایی بهبود می‌یابد. هم¬چنین برای هر دو آرایش، افزایش کسر حجمی تا 2 درصد منجر به بهبود عملکرد حرارتی می‌شود، اما افزایش بیشتر آن منجر به افزایش مقاومت حرارتی و غیریکنواختی‌ بیشتر دما در کف چاه‌گرمایی و ثابت ماندن ناسلت می‌شود. مقایسه نتایج این تحقیق با نتایج مطالعات پیشین در خصوص نقش آرایش ورود و خروج نشان می‌دهد که عملکرد حرارتی علاوه بر آرایش ورود و خروج به شکل و هندسه میکروکانال‌ها وابسته است و برای چاه‌گرمایی این تحقیق عملکرد آرایش I بهتر از آرایش U است.