نانوسیال
در زمینه جریان و انتقال حرارت نانوسیال نیز تحقیقات تجربی و عددی مختلفی صورت گرفته‌است. لازم به ذکر است که کارهای تجربی و عددی محدودی در مورد جریان در کانال مستطیلی وجود دارد و بیشتر مقالاتی که در این بخش به آن‌ها اشاره خواهد شد، در مورد هندسه دایروی می‌باشند.

ژوان و روتزل [‎52] بر اين اساس كه نانوسيال بيشتر شبيه به يك سيال تك فاز عمل مي‌كند تا يك مخلوط جامد- مايع، دو مدل مختلف براي تحليل انتقال حرارت آن ارائه دادند. آنها اثر خصوصيات انتقال و پراكندگي گرمايي را بر نانوسيال در نظر گرفتند. مدل اول آنها يك مدل تك فازي و مدل دوم مدل چندفازي و پراكندگي بود.

ژوان و لی [‎53] یک الگو برای تولید نانوسیال ارائه داده و چند نانوسیال را به این روش تولید کردند. آنها همچنین یک مدل برای توصیف کارآیی حرارتی جریان نانوسیال در درون یک لوله ارائه دادند که پخش نانوذرات را نیز در نظر می‌گرفت. نتایج آنها نشان داد که افزودن نانوذرات باعث افزایش ضریب هدایت حرارتی سیال می‌شود. بعنوان مثال افزایش کسر حجمی از 5/2% به 5/7% باعث افزایش نسبت ضریب هدایت حرارتی نانوسیال به سیال پایه از 24/1 به 78/1 می‌شود.

ژوان و لی [‎54] به بررسی تجربی انتقال حرارت جابجایی نانوسیال آب- مس در یک لوله در رژیم جریان مغشوش پرداختند. محدوده اعداد رینولدز در نظر گرفته شده، 10000 تا 250000 و کسرهای حجمی بین 0 تا 2 درصد بود. نتایج حاکی از بهبود چشمگیر در عدد ناسلت و تغییر بسیار ناچیز ضریب اصطکاک در اثر افزودن نانوذرات بود. آن‌ها با در نظر گرفتن عوامل مختلف مؤثر بر بهبود عدد ناسلت، یک رابطه نیمه‌تجربی برای عدد ناسلت ارائه دادند.

نگوين و همكارانش [‎55] يك مدل عددي براي تعيين راندمان نانوسيال‌هاي آب- اكسيد آلومينيم و اتيلن گليكول- اكسيد آلومينيم براي خنک‌کاری ميكرو پردازشگرهاي با گرماي خروجي بالا، با در نظر گرفتن جريان اجباري آرام در درون يك سينك گرمايي ارائه دادند. شكل مورد بررسي، يك شكاف مستطيلي  mm10×50×50 با يك مقطع عبور جريان نانوسيال mm 48×3 بود. فرضيات، عبارت بودند از: جريان آرام و پروفيل‌هاي سرعت و دماي يكنواخت در ورودي. سطح تماس براي تبادل حرارت mm10×10 در نظر گرفته شد. نتايج عددي بيانگر اين مطلب بود كه با افزايش كسر حجمي و عدد رينولدز ضريب انتقال حرارت افزايش مي‌يابد. همچنین نانوسیال اتيلن گلیکول- اكسيد آلومينيم نسبت به آب- اكسيد آلومينيم داراي ضريب انتقال حرارت بيشتري بود.

ون و دینگ [‎56] با بررسی حرکت نانوسیال در مینی‌کانال‌ها به این نتیجه رسیدند که نانوذرات در شرایط خاص می‌تواند جابجا شود. بعبارت دیگر، کارآیی حرارتی نانوسیال می‌تواند کمتر از مقدار پیش‌بینی شده باشد و بنابراین، طراحی و کارکرد این سیستم‌ها دستخوش تغییر خواهد شد. آنها با این پیش زمینه به بررسی اثر جابجایی نانوذرات بر جریان و انتقال حرارت نانوسیال در جریان آرام توسعه یافته در یک کانال کوچک پرداختند. آنها در مدل خود اثر جابجایی نانوذرات بر اثر برش و گرادیان لزجت و همچنین پخش نانوذرات بر اثر حرکت براونی که به معادله انرژی وابستگی دارد را در نظر گرفتند. نتایج، نشاندهنده غیر یکنواختی بسیار زیادی در غلظت نانوذرات و در نتیجه در ضریب هدایت حرارتی نانوسیال در مقاطع لوله بر اثر جابجایی ذرات بود. میزان این غیریکنواختی برای نانوذرات درشت‌تر با غلظت بیشتر، شدیدتر بود. با در نظر گرفتن جابجایی نانوذرات، عدد ناسلت نانوسیال در مقایسه با حالتی که ضریب هدایت ثابت فرض می‌شد، افزایش می‌یابد و البته مقدار این پارامتر به عدد پکلت و غلظت متوسط ذرات بستگی دارد.

دینگ و همکاران [‎57] به بررسی تجربی نانوسیال‌ها مختلف پرداختند. نانوسیال‌های در نظر گرفته شده عبارت بودند از نانوذرات تیتانیوم در سیال پایه آب و اتیلن گلیکول، نانولوله‌های تیتانیوم و همچنین کربن در آب و نانوذرات الماس در آب. نتایج نشان دادند که بجز نانوسیال تیتانیوم- اتیلن گلیکول مابقی نانوسیال‌ها غیرنیوتنی رفتار می‌کنند. در تمامی نانوسیال‌ها بهبود قابل توجهی در ضریب انتقال حرارت هدایتی و جابجایی مشاهده شد. در نانوسیال تیتانیوم و نانولوله‌های کربن و تیتانیوم در آب، بهبود در ضریب انتقال حرارت جابجایی بسیار بیشتر از بهبود در انتقال حرارت هدایتی بود. آنها در مورد مکانیزم‌های ممکن برای توجیه ناهمخوانی بین نتایج بحث کردند و در بین مکانیزم‌های موجود، اثر هجرت نانوذرات بر ضخامت لایه مرزی و ضریب هدایت حرارتی مهمترین عوامل از دیدگاه نتایج تجربی شناخته شدند.

هریس و همکاران [‎58] جریان جابجایی آزاد آرام نانوسیال را در یک کانال دایروی با شرط مرزی دمای دیواره ثابت بصورت عددی مورد بررسی قرار دادند. آنها از مدل پراکندگی برای بررسی انتقال حرارت نانوسیال استفاده کردند. نتایج عددی با نتایج تجربی آزمایشگاه دانشگاه صنعتی اصفهان مقایسه و مورد تأیید قرار گرفت. آنها دریافتند که افزودن نانوذرات باعث بهبود انتقال حرارت شده و افزایش غلظت نانوسیال و کاهش قطر نانوذرات میزان بهبود را افزایش می‌دهد.

میرمعصومی و بهزادمهر [59] جریان آرام جابجایی مختلط نانوسیال آب- اکسید آلومینیم را در یک لوله افقی مورد بررسی عددی قرار دادند. آنها از مدل دوفازی مخلوط برای بررسی هیدرودینامیکی و انتقال حرارتی نانوسیال در اعداد رینولدز و گراشف مختلف استفاده کردند. نتایج آنها نشان داد که در ناحیه توسعه یافته غلظت نانوسیال اثر خاصی بر پارامترهای هیدرودینامیکی ندارد. همچنین غلظت نانوسیال در پایین لوله و نزدیک دیواره‌ها بیشتر بود. افزایش کسر حجمی باعث تقویت جریان ثانویه شده و توزیع دما یکنواخت‌تر شده و حداکثر سرعت افقی به مرکز دیواره نزدیک‌تر می‌شود.

واجها و همکاران [‎60] جریان و انتقال حرارت آرام سه بعدی نانوسیال‌های اکسید آلومینیم در مخلوط آب و اتیلن گلیکول و اکسید مس در مخلوط آب و اتیلن گلیکول را که در لوله‌های مسطح رادیاتور خودرو جریان دارند، با روش عددی بررسی کردند. آنها در مقاله خود روابط جدیدی را برای لزجت و ضریب هدایت حرارتی این نانوسیال‌ها بر حسب کسر حجمی و دما ارائه دادند. نتایج بیانگر افزایش ضریب اصطکاک و انتقال حرارت با افزودن نانوذرات بود. همچنین در هر دو ناحیه توسعه یافته و درحال توسعه حضور نانوذرات باعث بهبود زیادی در ضریب انتقال حرارت می‌شد. بعنوان مثال در عدد رینولدز 2000، برای نانوسیال با 10% اکسید آلومینیم، میزان درصد افزایش ضریب انتقال حرارت سیال پایه 94% بود و برای نانوسیال با 6% اکسید مس، این مقدار به 89% می‌رسد. بهرحال آنها اشاره کردند که اگرچه با افزایش غلظت نانوسیال افت فشار افزایش می‌یابد، اما با توجه به افزایش ضریب انتقال حرارت، به دبی کمتری از سیال نیاز است و این باعث کاهش توان پمپی مورد نیاز برای به جریان انداختن نانوسیال در سیکل می‌شود. برای یک مقدار انتقال حرارت معین، توان پمپی مورد نیاز برای نانوسیال با 10% اکسید آلومینیم، 82% و همچنین برای نانوسیال با 6% اکسید مس، 77% کمتر از سیال پایه است.

هریس و همکاران [‎61] جریان آرام نانوسیال اکسید آلومینیم- آب را در یک کانال با مقطع مثلثی بررسی کردند. آن‌ها از روش اجزاء محدود استفاده کردند. نتایج، حاکی از بهبود انتقال حرارت با افزایش کسر حجمی و کاهش قطر بود و همچنین در اعداد رینولدز بالاتر میزان بهبود افزایش یافت.

اکبری و همکاران [‎62] به مقایسه انواع مدل تک‌فازی و سه مدل دوفازی (VOF، مخلوط و اویلری) در انتقال حرارت مختلط نانوسیال آب- اکسیدآلومینیم در درون یک لوله افقی پرداختند. نتایج نشان دادند که میدان سرعت در روش‌های مختلف تقریباً یکسان بوده و میدان دما متفاوت است. نتایج مقایسه نشان دادند که اگرچه مدل‌های دوفازی به نتایج تجربی نزدیک‌تر بودند اما مقدار ضریب انتقال حرارت را بیشتر از مقدار تجربی نشان می‌دادند. نویسندگان مقاله اعلام کردند که برای مقایسه بهتر مدل‌های فوق نیاز به نتایج تجربی بیشتری با شرایط مختلف جریان می‌باشد. از طرفی اعمال مدل‌های مختلف محاسبه خصوصیات نانوسیال در این مدل‌ها نیز می‌تواند به نتایج متفاوتی منجر شود.

بیانکو و همکاران [‎63] جریان در حال توسعه مغشوش آب- اکسیدآلومینیم را در یک کانال مربعی، تحت تأثیر شار حرارتی ثابت بصورت عددی مدل کردند. آن‌ها از مدل مخلوط استفاده کردند و قطر نانوذرات را nm38 در نظر گرفتند. آن‌ها از مدل مخلوط برای مدل‌سازی جریان و انتقال حرارت نانوسیال و از یک مدل تحلیلی ساده برای بررسی آن از دیدگاه قانون دوم و یافتن یک شرایط کاری بهینه استفاده کردند. عدد رینولد بهینه بدست آمده از 89000 در کسر حجمی 1% به 56000 در کسر حجمی 6% کاهش یافت. نتایج تحلیلی و عددی همخوانی خوبی با یکدیگر داشتند.

برای مطالعه کارهای بیشتر در این زمینه نیز می‌توانید به رامیار ]7[ مراجعه کنید.