Численный анализ ламинарной смешанной конвективной теплопередачи в потоке наножидкости Al$_2$O$_3$–H$_2$O в канале с квадратным поперечным сечением

С использованием однофазной модели исследуется течение наножидкости A$_2$O$_3$–H$_2$O в канале с квадратным поперечным сечением при наличии постоянного потока тепла.
При выбранных значениях числа Рейнольдса и модифицированного числа Ричардсона течение является ламинарным. При изучении смешанной конвекции рассматривается ламинарное течение. В приближении Буссинеска с использованием метода конечных объемов и пакета программ CFD-Fluent определены динамические и тепловые характеристики течения. Анализ течения выполнен для чисел Рейнольдса, изменяющихся в диапазоне от 100 до 1000, и модифицированных чисел Ричардсона, равных 0,1 и 0,5.
Установлено, что в любом поперечном сечении канала под действием гравитационных сил образуются две термоконвективные ячейки и формируются асимметричные поля температуры и скорости. Проанализировано влияние объемной доли наночастиц, числа Рейнольдса и модифицированного числа Ричардсона на структуру течения, число Нуссельта и перепад давления. Показано, что в случае наножидкости число Нуссельта и скорость теплообмена увеличиваются. Предложена аппроксимация зависимости числа Нуссельта от объемной доли наночастиц, которая может быть использована для определения характеристик теплообмена.