ϕ=۲۰%

شکل ۴-۸-ب- کانتور Liquid Volume برای درصد حجمی )۰% ،۱۰% و۲۰% ( و گراشف ۱۰^۶ (زمان برحسب دقیقه) در صفحه ۰۰۵/۰ z=

با توجه به شکل( ۴-۸-الف) و(۴-۸-ب) دیده می­ شود که روند حرکت ناحیه خمیری در نسبت های حجمی مختلف در هر عدد گراشف مشابه بوده و رفتار نانوسیال کاملا مشابه سیال خالص است. دو شکل بالا نشان می­دهد که در هر عدد گراشف ناحیه خمیری با افزایش نسبت حجمی نانوذرات جلوتر بوده و انجماد کامل در حفره مربعی زودتر اتفاق می افتد.
برای مطالعه تاثیر افزودن ذرات نانو در مقایسه با حالت سیال خالص، زمان لازم برای انجماد کامل سیال در سه گراشف ۱۰^۵، ۱۰^۶ و ۱۰^۷ محاسبه گشته و در شکل( ۴-۹ ) آمده است. نتایج نشان می دهد که زمان لازم برای انجماد در حضور ذرات نانو بوضوح کمتر از حالت سیال خالص می باشد که بعلت افزایش هدایت حرارتی و گرمای نهان پایین تر سیال با ذرات نانو می باشد.

الف)

ب)

ج)

شکل ۴-۹- زمان لازم برای انجماد کامل سیال در سیال خالص در مقایسه با افزودن ذرات نانو را در سه عدد گراشف الف) ۱۰^۵ ، ب) ۱۰^۶ و ج) ۱۰^۷.

شکل (۴-۱۰) اثر گراشف بر انجماد کامل برای سیال خالص و نانوسیال در ۱/۰φ= را نشان می دهد. با توجه به شکل مشاهده می­ شود که افزایش عدد گراشف تأثیر چندانی بر زمان انجماد کامل سیال ندارد. در گراشف ۱۰^۶ ، % ۷/۱ و در گراشف ۱۰^۷ ، %۵/۲ نسبت به گراشف ۱۰^۵ در زمان انجماد کامل کاهش داریم. دلیل این امر آن است که اثر انتقال حرارت رسانشی بیشتر از اثر انتقال حرارت جابجایی طبیعی است. در شروع فرایند انجماد انتقال گرما از دیواره به سیال بوسیله رسانش انجام می شود در فاصله کمی از جداره انتقال حرارت رسانشی و انتقال حرارت جابجایی طبیعی تواماً بر سیال می باشد و بعد از گذشت مدتی اثر انتقال حرارت جابجایی کمرنگ تر شده و تقریباً به یک حالت دما ثابت در سمت مایع می رسد و انتقال حرارت غالب برای انجماد رسانش می باشد. شکل (۴-۱۱) زمانی که اثر انتقال حرارت جابجایی ناچیز می شود را نشان می دهد. همانطور که از شکل مشاهده می شود بعد از گذشت ۹۰ ثانیه تقریباً فاز مایع به حالت دما ثابت (برابر دمای دیوار گرم سمت چپ) می رسد.
شکل ۴-۱۰- مقایسه زمان لازم برای انجماد کامل سیال در سیال خالص و نسبت حجمی ۱/۰φ= در سه گراشف ۱۰^۵، ۱۰^۶ و ۱۰^۷

شکل ۴-۱۱- مدت زمان از بین رفتن اثر انتقال حرارت جابجایی در سیال خالص در گراشف ۱۰^۵

شکل (۴-۱۲) نشان می دهد که با افزودن ذرات نانو به سیال خالص اثر انتقال حرارت جابجایی در مقایسه با سیال خالص زودتر کاهش می یابد، که این کاهش به دلیل افزایش ضریب رسانش حرارتی می­باشد، با افزایش ضریب انتقال حرارت رسانشی نیز افزایش یافته و همدما شدن سیال مورد نظر با سرعت بیشتری رخ داده و سیال سریع تر به حالت دما ثابت می رسد.
شکل ۴-۱۲- مقایسه مدت زمان ناچیز شدن اثر انتقال حرارت جابجایی در سیال خالص و نانو سیال با در صد حجمی ذرات نانو ۱/۰φ= و ۰.۲φ= در گراشف ۱۰^۵
اثر انتقال حرارت جابجایی بر مرز نواحی جامد و مایع ( ناحیه خمیری) کاملاً مشهود می باشد همانگونه که از شکل (۴-۱۳) برای زمان ۵ دقیقه در سه گراشف ۱۰^۵، ۱۰^۶ و ۱۰^۷ در نسبت حجمی ۱/۰φ= مشاهده می­ شود با افزایش گراشف مرز نواحی جامد و مایع از حالت تقریبا صاف به صورت منحنی تغییر شکل می دهد که این بعلت افزایش اثر شناوری در حفره می باشد بطوری که در گراشف های بالا این پدیده بوضوح مشاهده می گردد.
شکل ۴-۱۳- مقایسه اثر انتقال حرارت جابجایی بر ناحیه خمیری شکل در سه گراشف ۱۰^۵، ۱۰^۶ و ۱۰^۷
در شکل (۴-۱۴) خطوط جریان در حضور ذرات نانو در پروسه انجماد برای گراشف ۱۰^۵ و درصد حجمی ذرات نانو ۱۰% نشان داده شده است. درs t=0 ورتکس ساعتگرد بخوبی نمایان است که با نمونه مطالعه شده توسط خانافر[۴۴] مطابقت دارد. در اثر کاهش ناگهانی دمای دو دیوار فعال چپ و راست در s t=0، ورتکس ساعتگرد به سبب شکل گیری یک ورتکس پادساعتگرد در سمت دیوار چپ با کاهش پوشش مواجه می­ شود. لازم به ذکر است که شکل گیری، رشد و توازن ورتکس پادساعتگرد در طول ۱۰ ثانیه به ورتکس ساعتگرد اولیه در s t=0 بستگی دارد. در s t=10دو ورتکس چرخشی در دو جهت مخالف و تقریبا برابر در اندازه بین دیوار چپ و لایه نازک منجمد در مجاورت دیوار سمت راست قرار گرفته است که موقعیت آنها به نحوه حرکت ناحیه خمیری به سمت چپ بستگی دارد.

۰ Sec

۱ Sec