شکل ۷-۲۴: تغییرات پروفیل غلظت با عدد لوئیس شار جرمی منفی
۷-۴ بررسی انتقال حرارت
در این بخش برای بررسی اثر پارامترهای مختلف مانند کسر حجمی ، پارامتر شار جرمی ، عدد گراشف، پارامتر مغناطیس و سایر اعداد بی‌بعد بر انتقال حرارت از عدد ناسلت استفاده شده است.
شکل (۷-۲۵) تغییرات عدد ناسلت را با کسر حجمی در شرایط ، ، ، ، و نشان می‌دهد. کاملا واضح است که ضریب انتقال حرارت با افزایش میزان نانوذرات اکسیدآلومنیوم افزایش می‌یابد. در واقع با افزایش کسر حجمی، با توجه به بالا بودن ضریب هدایتی فلزات نسبت به سیال پایه آب، ضریب هدایت گرمایی رشد خوبی خواهد داشت و سبب افزایش توان جذب و یا دفع گرمایی و در نتیجه افزایش عدد ناسلت خواهد شد.
شکل ۷-۲۵: تغییرات عدد ناسلت با کسر حجمی
شکل (۷-۲۶) اثر عدد بویانسی را بر ضریب انتقال حرارت در شرایط ، ، و ، نشان می‌دهد. افزایش عدد بویانسی می‌تواند ناشی از کاهش اختلاف دمای محیط و دیواره باشد، از طرفی در شکل (۷-۱۶) نشان داده شد که افزایش عدد بویانسی ضخامت لایه مرزی را نیز کاهش می‌دهد. اثر متقابل این دو پدیده همانطور که دیده می‌شود، سبب افزایش گرادیان دما در لایه مرزی و در نتیجه افزایش ضریب انتقال حرارت در هر دو حالت مکش و دمش شده است. از طرف دیگر همانطور که از شکل (۷-۲۶) مشخص است، در حالت‌های مختلف شار جرمی حالت مکش ، بیشترین عدد ناسلت را داراست، در حالیکه حالت دمش در پایین‌ترین سطح عدد ناسلت می‌باشد. در حالت مکش بیشترین ضریب انتقال حرارت در برابر ۰۱/۱ می‌باشد، در حالیکه این ضریب در حالت دمش ۴۳/۰ کاهش می‌یابد. اگر سیال بتواند به داخل دیواره راه پیدا کند یا از آن خارج شود، ضریب‌های اصطکاک و انتقال گرما تغییرات اساسی خواهند داشت. در حالت دمش سیال به لایه مرزی تزریق می‌شود، در حالیکه هنگام مکش مقداری از سیال لایه مرزی برداشته و به درون سطح متخلخل دیواره فرستاده می‌شود. در نتیجه عدد ناسلت در هنگام مکش با نازک‌تر شدن لایه مرزی مقادیر بالاتری را نشان می‌دهد و در هنگام دمش با ضخیم شدن لایه مرزی کاهش می‌یابد. علاوه بر این در شکل (۷-۲۶) می‌توان اثر عدد گراشف را بر انتقال حرارت مشاهده نمود. در اعداد بویانسی یکسان، با افزایش عدد گراشف از صفر به یک، ضریب انتقال حرارت در هر دو حالت مکش و دمش کاهش می‌یابد. برای مثال در حالت مکش به ازای عدد بویانسی در میزان ناسلت و در برابر می‌باشد. در جابه‌جایی آزاد با افزایش عدد گراشف، سرعت متوسط سیال افزایش می‌یابد که منجر به کاهش زمان تماس سیال با دیواره و در نتیجه کاهش زمان تبادل حرارت می‌شود. در واقع با افزایش عدد گراشف، زمان اقامت و تبادل حرارت سیال با دیواره کم و در نتیجه دمای متوسط سیال کاهش می‌یابد و گرادیان دما و در نتیجه ضریب انتقال حرارت کاهش می‌یابد. البته این نکته به معنای کاهش میزان انتقال حرارت نیست. زیرا با افزایش عدد گراشف، مقدار سیال بیشتری تحت تاثیر انتقال حرارت قرار می‌گیرد. هر چند که دمای متوسط سیال تا حدی کاهش یافته ولی این کاهش با افزایش دبی جریان جبران می‌شود که اثر کلی آن می‌تواند افزایش انتقال حرارت در اثر افزایش عدد گراشف باشد.
تغییرات عدد ناسلت با شار جرمی و عدد هارتمن Ha برای نانوسیال آب- اکسیدآلومنیوم در شرایط و ، ، ، و در شکل (۷-۲۷) بررسی شده است. عدد ناسلت با عدد هارتمن، پارامتر مگنتوهیدرودینامیک رابطه عکس دارد و با افزایش آن از صفر تا دو کاهش می‌یابد. زیرا با افزایش میدان مغناطیسی نیروی لورنتز افزایش یافته و موجب افزایش نیروی شناوری می‌شود. این اثر مشابه افزایش عدد گراشف عمل کرده و با کاهش زمان تماس سیال با دیواره سبب کاهش دمای متوسط سیال و افزایش ضخامت لایه مرزی دمای بی‌بعد می‌شود. همانطور که در شکل (۷-۱۲) مشاهده شد. این تغییرات سبب کاهش گرادیان دما در لایه مرزی شده و ضریب انتقال حرارت را کاهش می‌دهد. به عنوان مثال، در حالت دمش ضریب انتقال حرارت در ، و به ترتیب به میزان ، و کاهش می‌یابد.
شکل (۷-۲۸) تغییرات عدد ناسلت را با عدد لوئیس در شرایط ، ، ، و و در اعداد گراشف و نشان می‌دهد. مشاهده می‌شود با افزایش عدد لوئیس ضریب انتقال حرارت کاهش می‌یابد. در شکل (۷-۲۹) اثر عدد سورت بر ضریب انتقال حرارت در شرایط ، ، و برای حالت مکش و در اعداد و نشان داده شده است. با افزایش عدد سورت، اختلاف دمای دیواره و محیط افزایش یافته و افزایش گرادیان دما، ضریب انتقال حرارت را افزایش می‌دهد. از طرف دیگر، قابل مشاهده است افزایش عدد بی‌بعد دوفور سبب کاهش ضریب انتقال حرارت می‌شود. در واقع با افزایش عدد دوفور، میزان اختلاف دمای دیواره و محیط کاهش یافته و گرادیان دما در لایه مرزی نیز کاهش می‌یابد. در نتیجه ضریب انتقال حرارت کاهش می‌یابد.
شکل ۷-۲۶: تغییرات عدد ناسلت با عدد بویانسی در اعداد گراشف مختلف
شکل ۷-۲۷: تغییرات عدد ناسلت با شار جرمی در اعداد هارتمن مختلف
شکل ۷-۲۸: تغییرات عدد ناسلت با عدد لوئیس در اعداد گراشف مختلف
