التحليل الحسابي للزوجة الذيناميكية للمائع النانوي (ماء+ نحاس) باستخذام المحاكاة لديناميكية الجزيئات

المؤلفون

  • عبدالسلام امحمد القهواجي قسم الهندسة الميكانيكية والصناعية، الجامعة الاسمرية الاسلامية، زليتن، ليبيا،
  • علي محمد الشريف قسم الهندسة الميكانيكية والصناعية، جامعة المرقب، الخمس، ليبيا
  • عبدالسلام مفتاح شرف قسم الهندسة الميكانيكية والصناعية، الجامعة الاسمرية الاسلامية، زليتن، ليبيا
  • موحد زولكفلي عبدالله قسم الهندسة الميكانيكية، جامعة العلوم الماليزية، نيبون تبال، بينانق، ماليزيا

DOI:

https://doi.org/10.59743/aujas.v6i5.865

الكلمات المفتاحية:

المائع النانوي (نحاس ماء)، اللزوجة الديناميكية، برنامج المحاكاة لامب، الموائع النانوية، دراسة ديناميكاالجزيئية

الملخص

لتعزيز الأستفادة المثلي من الطاقة الحرارية للأجهزة الكهربائية الدقيقة ، غدت الموائع النانوية (nanofluids) تستخدم كبديل لموائع التبريد المعتادة في العديد من التطبيقات الهيدروحرارية (thermofluid). فيمكن تحسين الخصائص الحرارية لموائع التشغيل عن طريق إضافة جزيئات نانوية في مائع التشغيل (مثل إضافة جزيئات النحاس النانوية في الماء). تسهم إضافة الجسيمات النانوية في تغيير الخصائص الحرارية والديناميكية لموائع التشغيل مثل اللزوجة الديناميكية التي تلعب دورًا مهمًا في تحديد السلوك الحراري والديناميكي لموائع التشغيل. لفهم تأثير التغيرات باللزوجة الديناميكية لمائع التشغيل ، يجب تحديد القيمة الفعالة لهذه الخاصية. تم استخدام المحاكاة لديناميكية الجزيئات (Molecular Dynamic Simulation) لتقدير اللزوجة الديناميكية للمائع النانوي المنشاء من نثر جزيئات النحاس في الماء (Cu/water) بكسور حجم جزئية ϕ= 0.0125% و ϕ= 0.0247% ,وعند درجات حرارة 293 كلفن, 303 كلفن, 313 كلفن, 323 كلفن,و 333 كلفن. تتكون الجسيمات النانوية المستخدمة(nanoparticles) ذات الشكل الكروي من ذرات (atoms) نحاس قطرها 0.3 نانومتر. تمت مقارنة نتائج المحاكاة مع نتائج تجريبية (experiments) وتحليلية (analytic) موثوقة. نتائج المحاكاة تقاربت بشكل جيد جدًا مع القيم التجريبية والتحليلية للزوجة الديناميكية ، وذلك يبين مزايا استخدام المحاكاة لديناميكية الجزيئات (MD) لتحديد الخصائص الفيزيائية لموائع التشغيل النانوية وبالتالي لتصميم موائع تشغيل أكثر كفاءة. بدراسة لدالة التوزيع الشعاعي RDF نجد أن نموذج الماء المستخدم SPCE يعطي نتائج مقبولة لعدد جزيئات الماء المستخدمة.

المراجع

. Okonkwo, E.C., Abbasoglu, S. et al. Nanofluids in Solar Thermal Collectors: Review and Limitations. Int J Thermophys 41, 157 (2020). https://doi.org/10.1007/s10765-020-02737-1

. Jin C, Wang K, Oppong-Gyebi A, Hu J. Application of Nanotechnology in Cancer Diagnosis and Therapy - A Mini-Review. Int J Med Sci. 2020;17(18):2964-2973, (2020), https://doi:10.7150/ijms.49801

. Rabiei, F., Rahimi, A.R., Hadad, M.J. et al. Experimental evaluation of coolant-lubricant properties of nanofluids in ultrasonic assistant MQL grinding. Int J Adv Manuf Technol 93, 3935–3953 (2017). https://doi.org/10.1007/s00170-017-0774-3

. Xian, H.W., Sidik, N.A.C. & Najafi, G. Recent state of nanofluid in automobile cooling systems. J Therm Anal Calorim 135, 981–1008 (2019). https://doi.org/10.1007/s10973-018-7477-3

. Sheikhpour M, Arabi M, Kasaeian A, Rokn Rabei A, Taherian Z. Role of Nanofluids in Drug Delivery and Biomedical Technology: Methods and Applications. Nanotechnol Sci Appl. 2020;13:47-59, (2020), https://doi:10.2147/NSA.S260374

. Naser Ali, Joao A. Teixeira, Abdulmajid Addali, "A Review on Nanofluids: Fabrication, Stability, and Thermophysical Properties", Journal of Nanomaterials, vol. 2018, Article ID 6978130, 33 pages, 2018. https://doi.org/10.1155/2018/6978130

. Routbort, J. L., Singh, D., Timofeeva, E. V., Yu, W., & France, D. M. (2011). Pumping power of nanofluids in a flowing system. Journal of Nanoparticle Research, 13(3), 931–937. https://doi:10.1007/s11051-010-0197-7

. Eastman, J., Choi, U., Li, S., Thompson, L., & Lee, S. (1996). Enhanced Thermal Conductivity through the Development of Nanofluids. MRS Proceedings, 457, 3. https://doi:10.1557/PROC-457-3

. Talieh Sheikhalipour, Abbas Abbassi, Numerical analysis of nanofluid flow inside a trapezoidal microchannel using different approaches, Advanced Powder Technology, Volume 29, Issue 7, 2018, Pages 1749-1757, ISSN 0921-8831, https://doi.org/10.1016/j.apt.2018.04.010

. Sunil Kumar, Alok Darshan Kothiyal, Mangal Singh Bisht, Anil Kumar, Numerical analysis of thermal hydraulic performance of Al2O3–H2O nanofluid flowing through a protrusion obstacles square mini channel, Case Studies in Thermal Engineering, Volume 9, 2017, Pages 108-121, ISSN 2214-157X, https://doi.org/10.1016/j.csite.2017.01.004

. Abdusalam Alkhwaji, Salem Elbahloul, Mohd Zulkifly Abdullah, Khairil Fadzli Bin Abu Bakar,"Selected Water Thermal Properties from Molecular Dynamics for Engineering Purposes",Journal of Molecular Liquids (2021), https://doi.org/10.1016/j.molliq.2020.114703

. LI Xinfang,ZHU Dongsheng,WANG Xianju,” Experimental Investigation on Viscosity of Cu-H2O Nanofluids”,

. Choi S.U.S., Development and Applications of Non-Newtonian Flows, ASME, FED-Vol. 231/MD-Vol. 66, 99-103 (1995)

. S. Lee, S.U.S.Choi, S. Li, J.A. Eastman, “Measuring thermal conductivity of fluids containing oxide nanoparticles”, Journal of Heat Transfer, Transactions ASME 121, 280–289, 1999.

. Mahbubul, I. M., Saidur, R., & Amalina, M. A. (2012). Latest developments on the viscosity of nanofluids, International Journal of Heat and Mass Transfer, 55(4), 874–885. doi:10.1016/j.ijheatmasstrans

. Nguyen, C. T., Desgranges, F., Roy, G., Galanis, N., Maré, T., Boucher, S., & Angue Mintsa, H. (2007). Temperature and particle-size dependent viscosity data for water-based nanofluids – Hysteresis phenomenon, International Journal of heat and fluid flow, 28(6), 1492–1506. https://doi:10.1016/j.ijheatfluidflow

. Wu, X., Wu, H., & Cheng, P. (2009). Pressure drop and heat transfer of Al2O3-H2O nanofluids through silicon microchannels, Journal of micromechanics and microengineering, 19(10), 105020. https://doi:10.1088/0960-1317/19/10/105020

. Awais, M., Ullah, N., Ahmad, J., Sikandar, F., Ehsan, M. M., Salehin, S., & Bhuiyan, A. A. (2021). Heat transfer and pressure drop performance of Nanofluid: A state-of- the-art review. International Journal of Thermofluids, 9, 100065, https://doi:10.1016/j.ijft.2021.100065

. Drikakis, D., Frank, M., & Tabor, G. (2019). Multiscale Computational Fluid Dynamics. Energies, 12(17), 3272. https://doi:10.3390/en12173272

. Cordier L., Elshrif A. Optimal control of turbulent channel flow using an LES reduced order model, Seventh International Symposium on Turbulence and Shear Flow Phenomena, Ottawa, Canada, 2001.

. Hazm Omran, El shrif Ali , Turbulent channel flow simulation using LES dynamic model , IJEIT, vol(5) , 2018.

. Alkhwaji A, Vick B, Diller T. Estimating burn depth from thermal measurements. Biomedical Sciences Instrumentation 2012; 48:12-9. PMID: 22846259.

. Abdusalam Alkhwaji, Brian Vick, Tom Diller, “Modeling and Estimating Simulated Burn Depth Using the Perfusion and Thermal Resistance Probe,” Journal of Medical Device, Vol.7, September 2013, 031003, pp. 1-9, https://doi.org/10.1115/1.4024160

. Moltemplate molecular dynamics simulator; [accessed 2021 November 17]. Available from: https://www.moltemplate.org, 2019.

. Moltemplate Documentation, 17 Nov. 2021, [https://www.moltemplate.org/doc/moltemplate_manual.pdf ]

. M.A. González, Force fields and molecular dynamics simulations, published by EDP Sciences, 2011, https://doi:10.1051/sfn/201112009

. LAMMPS Documentation, 17 November 2021 version, [https://lammps.sandia.gov/doc/Manual.html]

. Abdusalam Alkhwaji, Salem Elbahloul, Khairil Fadzli Bin Abu Bakar, Mohd Zulkifly Abdullah, The Comparison between water models in predicting water thermal and dynamic properties from Molecular Dynamics, International Journal of Scientific & Technology Research, Volume 9, Issue 08, August 2020

. Abdusalam Alkhwaji, Salem Elbahloul, Mohamed S. Farhat, Lammps as Nano-scale lab to estimate fluid thermal properties from Molecular Dynamics, Third conference for engineering sciences and technology (CEST-2020), 01-03 December 2020 /Alkhoms – Libya.

. EAM potentials Cu; [accessed 2021 November 17]. Available from: [https://sites.google.com/site/eampotentials/Cu]

. W H Azmi et al, Correlations for thermal conductivity and viscosity of water based nanofluids, 2012 IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 36 012029

. Wilk, J., Smusz, R., & Grosicki, S. (2017). Thermophysical properties of water-based Cu nanofluid used in special type of coil heat exchanger. Applied Thermal Engineering, 127,

التنزيلات

منشور

30-12-2021

كيفية الاقتباس

القهواجي ع. ا., الشريف ع. م., شرف ع. م., & عبدالله م. ز. (2021). التحليل الحسابي للزوجة الذيناميكية للمائع النانوي (ماء+ نحاس) باستخذام المحاكاة لديناميكية الجزيئات. مجلة الجامعة الأسمرية, 6(5). https://doi.org/10.59743/aujas.v6i5.865

إصدار

القسم

الهندسة الميكانيكية والصناعية