Ασυμπτωτική ανάλυση της μαγνητοϋδροδυναμικής φυσικής συναγωγής πράσινου νανορευστού σε πορώδη ορθογώνια κοιλότητα

Θεοδοσίου, Νικόλαος

dc.contributor.advisor	Sarris, Ioannis
dc.contributor.author	Θεοδοσίου, Νικόλαος
dc.date.accessioned	2024-09-04T10:18:56Z
dc.date.available	2024-09-04T10:18:56Z
dc.date.issued	2024-07-22
dc.identifier.uri	https://polynoe.lib.uniwa.gr/xmlui/handle/11400/7380
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26265/polynoe-7212
dc.description.abstract	Στην παρούσα διατριβή παρουσιάζεται η μελέτη της φυσικής συναγωγής πράσινου νανορευστού εντός μιας δισδιάστατης ορθογώνιας οριζόντιας κοιλότητας που υποβάλλεται σε εξωτερικό μαγνητικό πεδίο και εσωτερική θέρμανση. Χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος των ασυμπτωτικών αναπτυγμάτων για την εξαγωγή της ροϊκής συνάρτησης στο κέντρο της κοιλότητας, καθώς και της κατακόρυφης ταχύτητας και θερμοκρασίας του νανορευστού. Οι εξεταζόμενοι αδιάστατοι αριθμοί (0 ≤ Hanf ≤ 50 και 200 ≤ Rsnf ≤ 5000) εξασφάλισαν το καθεστώς στρωτής ροής πριν από την εμφάνιση οποιασδήποτε ασταθούς ροής. Η παρουσία πορώδους στην κοιλότητα ενίσχυσε, επίσης, τον στρωτό χαρακτήρα της ροής μειώνοντας τις ταχύτητες του νανορευστού. Η μελέτη του πράσινου νανορευστού επιλέχθηκε λόγω των σημαντικών πλεονεκτημάτων του έναντι των παραδοσιακών. Εν συντομία, τα πράσινα νανορευστά είναι οικολογικά και βιώσιμα και προέρχονται από φυσικές πηγές, μειώνοντας έτσι τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις. Η φυσική τους προέλευση εξασφαλίζει υψηλή βιοσυμβατότητα, καθιστώντας τα κατάλληλα και για βιοϊατρικές εφαρμογές, όπως η χορήγηση φαρμάκων. Προσφέρουν βελτιωμένη θερμική αγωγιμότητα και απόδοση, ενώ η μειωμένη τοξικότητά τους τα καθιστά ασφαλέστερα για την ανθρώπινη υγεία και το περιβάλλον. Επιπλέον, η χρήση φυσικών υλικών μπορεί να μειώσει το κόστος παραγωγής, καθιστώντας τα μια πιο οικονομική επιλογή. Το πράσινο νανορευστό που μελετήθηκε στην παρούσα μεταπτυχιακή εργασία ήταν αυτό που παράχθηκε από εκχύλισμα Camellia sinensis (φύλλα πράσινου τσαγιού), το οποίο μετά από θερμική και χημική επεξεργασία απέδωσε νανοσωματίδια αργύρου αναμεμειγμένα σε μίγμα νερού/αιθυλενογλυκόλης 50:50. Οι παράμετροι που μελετήθηκαν, όπως η θερμοκρασία του νανορευστού και το κλάσμα όγκου των παραγόμενων νανοσωματιδίων, ήταν ίδιο με πειράματα. Για τον υπολογισμό της θερμικής αγωγιμότητας ενσωματώθηκε στο μοντέλο η σχέση που προέκυψε από τα ίδια τα πειράματα, η οποία αντιπροσώπευε την καλύτερη προσαρμογή των πειραματικών δεδομένων σε ένα εύρος συγκεντρώσεων και θερμοκρασιών νανοσωματιδίων. Τα παραγόμενα αναλυτικά αποτελέσματα έδειξαν ότι η αύξηση του μαγνητικού πεδίου, που εκφράζεται με τον αριθμό Hartmann, οδηγεί σε επιβράδυνση της ροής του νανορευστού και κατά συνέπεια σε χειροτέρευση της μεταφοράς θερμότητας. Αντίθετα, τα ρεύματα συναγωγής εντείνονται με την αύξηση της εσωτερικής θέρμανσης, που ισοδυναμεί με αύξηση του αριθμού Rayleigh, με αποτέλεσμα την ενίσχυση της συναγωγής έναντι της αγωγής, που οδηγεί σε καλύτερη ψύξη. Επιπλέον, η μείωση της συγκέντρωσης των νανοσωματιδίων και της θερμοκρασίας του νανορευστού συνέβαλε κυρίως σε αύξηση του αριθμού Rayleigh, ενισχύοντας έτσι τη μεταφορά θερμότητας, όπως αποδεικνύεται από τις αυξημένες κατακόρυφες ταχύτητες στο κέντρο της κοιλότητας και τη μειωμένη θερμοκρασία στο κέντρο της. Η ρύθμιση της μεταφοράς θερμότητας ήταν επίσης εφικτή μέσω της χρήσης ενός πορώδους μέσου, το οποίο βελτιστοποιεί τη μεταφορά θερμότητας αυξάνοντας την επιφάνεια επαφής μεταξύ του ψυκτικού μέσου (πράσινου νανορευστού σε αυτή τη μελέτη) και του στερεού υποστρώματος. Η αυξημένη διαπερατότητα μείωσε την αντίσταση ροής, οδηγώντας σε υψηλότερες ταχύτητες και καλύτερη ψύξη. Για πολύ υψηλές τιμές του αριθμού Darcy, οι λύσεις πλησίαζαν εκείνες χωρίς τη χρήση πορώδους μέσου, ενώ για πολύ μικρές τιμές του Darcy, οι λύσεις αντιστοιχούσαν στην αγωγή θερμότητας. Το κύριο πλεονέκτημα της παρούσας ασυμπτωτικής ανάλυσης, η οποία αποδείχθηκε ακριβής για το χειρισμό της κεντρικής περιοχής της κοιλότητας υπό συνθήκες στρωτής ροής, είναι η γρήγορη εξέταση του τρόπου με τον οποίο σημαντικές παράμετροι σχεδιασμού επηρεάζουν τη μαγνητοϋδροδυναμική φυσική συναγωγή. Αυτή η πρόχειρη αίσθηση της επίδρασης διαφόρων παραγόντων στη μεταφορά θερμότητας, δηλαδή των ιδιοτήτων του νανορευστού, της διαπερατότητας του πορώδους μέσου, του εφαρμοζόμενου μαγνητικού πεδίου και της εσωτερικής θέρμανσης, αναμένεται να αποτελέσει ένα πολύτιμο θεωρητικό εργαλείο, δεδομένου του ταχέως αυξανόμενου ενδιαφέροντος για τα πράσινα νανορευστά. Συμπερασματικά, η παρούσα διατριβή παρέχει μια ολοκληρωμένη ανάλυση των θερμικών και ροϊκών χαρακτηριστικών της μαγνητοϋδροδυναμικής φυσικής συναγωγής σε μία πορώδη κοιλότητα κορεσμένη με πράσινο νανορευστό, προσφέροντας πολύτιμες γνώσεις και θέτοντας τις βάσεις για μελλοντική έρευνα και εφαρμογές σε αυτό το πολλά υποσχόμενο πεδίο.	el
dc.format.extent	101	el
dc.language.iso	el	el
dc.publisher	Πανεπιστήμιο Δυτικής Αττικής	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή 4.0 Διεθνές	*
dc.rights.uri	https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/deed.el	*
dc.subject	Φυσική συναγωγή	el
dc.subject	Ασυμπτωτική ανάλυση	el
dc.subject	Πράσινα νανορευστά	el
dc.subject	Natural convection	el
dc.subject	Asymptotic analysis	el
dc.subject	Green nanofluids	el
dc.title	Ασυμπτωτική ανάλυση της μαγνητοϋδροδυναμικής φυσικής συναγωγής πράσινου νανορευστού σε πορώδη ορθογώνια κοιλότητα	el
dc.title.alternative	Asymptotic analysis of magnetohydrodynamic (MHD) natural convention of green nanofluid in a rectangular porous cavity	el
dc.type	Μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία	el
dc.contributor.committee	VASILOPOULOS, KONSTANTINOS
dc.contributor.committee	MOUSTRIS, KONSTANTINOS
dc.contributor.faculty	Σχολή Μηχανικών	el
dc.contributor.department	Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών	el
dc.contributor.master	Έρευνα στη Θερμορευστομηχανική	el
dc.description.abstracttranslated	In this thesis, the study of natural convection of a green nanofluid within a shallow rectangular horizontal cavity subjected to an external magnetic field and internal heating is presented. The method of asymptotic expansions was employed to derive the streamfunction at the center of the cavity, as well as the vertical velocity and temperature of the nanofluid. The dimensionless numbers examined (0 ≤ Hanf ≤ 50 and 200 ≤ Rsnf ≤ 5000) ensured the laminar flow regime before the onset of any unstable flow. The presence of a porous cavity enhanced the laminar nature of the flow by reducing the velocities of the nanofluid. The study of green nanofluid was selected due to its significant advantages over traditional nanofluids. In brief, green nanofluids are ecological and sustainable, derived from natural sources, thus, reducing environmental impact. Their natural origin ensures high biocompatibility, making them suitable also for biomedical applications, such as drug delivery. Green nanofluids offer also improved thermal conductivity and heat transfer efficiency while their reduced toxicity makes them safer for human health and the environment. Furthermore, the use of natural materials can reduce production costs, making them a more economical option. The green nanofluid studied in the preset Master Thesis was that produced from Camellia sinensis extract (green tea leaves), which after thermal and chemical treatment yielded Ag nanoparticles mixed in a 50:50 water/ethylene glycol mixture. The parameters, such as nanofluid temperature and the volume fraction of the produced nanoparticles, were consistent with the experiments. For calculating the thermal conductivity of the green nanofluid, the relationships derived from the same experiments were incorporated, representing the best fit of experimental data over a range of nanoparticle concentrations and temperatures. The produced analytical results indicated that increasing the magnetic field, expressed by the Hartmann number, leads to a deceleration of the nanofluid flow and consequently a deterioration in heat transfer. In contrast, convection currents intensify with the increase of internal heating, equivalent to an increase in the Rayleigh number, resulting in enhanced convection over conduction, leading to better cooling. Moreover, reducing nanoparticle concentration and nanofluid temperature contributed to an increase mainly in the Rayleigh number, thereby enhancing heat transfer, as evidenced by increased vertical velocities at the center of the cavity and decreased core temperature. Heat transfer regulation was also achievable through the use of a porous medium, which optimizes heat transfer by increasing the contact surface area between the coolant (nanofluid in this study) and the solid substrate. Increased permeability reduced flow resistance, leading to higher velocities and better cooling. For very high Darcy number values, the solutions approached those without the use of a porous medium, while for very small Darcy values, the solutions corresponded to heat conduction. The primary advantage of this asymptotic analysis, which proved accurate for handling the central region of the cavity under laminar flow conditions, is the quick examination of how significant design parameters affect magnetohydrodynamic natural convection. This quick in-sight into the impact of various factors on heat transfer, including the properties of the nanofluid, the permeability of the porous medium, the applied magnetic field, and internal heating, is expected to be a valuable theoretical tool given the rapidly growing interest in green nanofluids due to their health and environmental friendliness. In conclusion, this thesis provides a detailed analysis of the thermal and flow characteristics of the magnetohydrodynamic natural convection in a green nanofluid saturated porous enclosure, offering valuable insights and laying the groundwork for future research and applications in this promising field.	el

Files in this item

Name:: Διπλωματική Θεοδοσίου.pdf
Size:: 2.449Mb
Format:: PDF

View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Μεταπτυχιακές διπλωματικές εργασίες - Έρευνα στη Θερμορευστομηχανική
Μεταπτυχιακές διπλωματικές εργασίες ΠΜΣ Έρευνα στη Θερμορευστομηχανική

Show simple item record

Except where otherwise noted, this item's license is described as
Αναφορά Δημιουργού - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή 4.0 Διεθνές