[논문]Buongiorno의 비균질 모델을 사용한 나노유체의 층류 자연대류 해석

최석기; 김성오; 이태호

doi:10.6112/kscfe.2013.18.4.025

Buongiorno의 비균질 모델을 사용한 나노유체의 층류 자연대류 해석
COMPUTATION OF LAMINAR NATURAL CONVECTION OF NANOFLUID USING BUONGIORNO'S NONHOMOGENEOUS MODEL 원문보기

한국전산유체공학회지 = Journal of computational fluids engineering, v.18 no.4 = no.63, 2013년, pp.25 - 34

최석기 (한국원자력연구원 고속로설계부) , 김성오 (한국원자력연구원 고속로설계부) , 이태호 (한국원자력연구원 고속로설계부)

Abstract ▼ AI-Helper

A numerical study of a laminar natural convection of the CuO-water nanofluid in a square cavity using the Buongiorno's nonhomogeneous model is presented. All the governing equations including the volume fraction equation are discretized on a cell-centered, non-uniform grid employing the finite-volume method with a primitive variable formulation. Calculations are performed over a range of Rayleigh numbers and volume fractions of the nanopartile. From the computed results, it is shown that both the homogeneous and nonhomogeneous models predict the deterioration of the natural convection heat transfer well with an increase of the volume fraction of nanoparticle at the same Rayleigh number, which was observed in the previous experimental studies. It is also shown that the differences in the computed results of the average Nusselt number at the wall between the homogeneous and nonhomogeneous models are very small, and this indicates that the slip mechanism of the Brown diffusion and thermophoresis effects are negligible in the laminar natural convection of the nanofluid. The degradation of the heat transfer with an increase of the volume fraction of the nanoparticle in the natural convection of nanofluid is due to the increase of the viscosity and the decrease of the thermal expansion coefficient and the specific heat. It is clarified in the present study that the previous controversies between the numerical and experimental studies are owing to the different definitions of the Nusselt number.

주제어

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	나노유체란 무엇인가?	최근에 나노유체의 자연대류 열전달은 많은 연구자의 관심을 끌었다. “나노유체(nanofluid)”라는 용어는 Choi[1]가 처음 소개하였고, 이 용어는 물과 같은 기반유체에 나노입자를 첨가한 혼합물을 의미한다. 나노유체에 존재하는 나노입자는 기반유체보다 열전도율(conductivity)과 점성도(viscosity)를 증가시키고, 강제대류나 혼합대류에서는 나노입자의 농도를 증가시키면 획기적으로 열전달이 향상되는 것으로 알려져 있다.
	본 연구에서 CuO-water 나노유체의 공동 내부에서의 층류 자연대류를 균질 및 비균질 모델을 사용하여 얻은 결과는 무엇인가?	(1) CuO-water 나노유체의 자연대류 열전달의 크기는 기반유체인 물의 자연대류 열전달 보다 적었다. 그리고 나노입자의 부피비율이 증가할수록 열전달의 감소현상이 관찰되었다. 이러한 현상은 나노입자가 첨가됨에 따라 열전도도는 증가하였으나, 점성도가 증가하고, 비열 및 열팽창계수가 감소하였기 때문이다. (2) 지금까지 존재하였던 실험적 연구와 수치적 연구의 논쟁은 서로 다르게 Nusselt 수를 정의하였기 때문에 발생한 것이고, 실험적 연구의 결론들이 타당함을 보였다. (3) Buongiorno의 비균질 모델이 균질모델보다 조금 더 크게 열전달계수를 산출하였으며, 이것은 Brownian 확산과 thermophoresis의 영향이 열전달을 증가시킴을 보여준다. 그러나 그 크기는 상대적으로 작았다.
	나노입자의 특징은 무엇인가?	“나노유체(nanofluid)”라는 용어는 Choi[1]가 처음 소개하였고, 이 용어는 물과 같은 기반유체에 나노입자를 첨가한 혼합물을 의미한다. 나노유체에 존재하는 나노입자는 기반유체보다 열전도율(conductivity)과 점성도(viscosity)를 증가시키고, 강제대류나 혼합대류에서는 나노입자의 농도를 증가시키면 획기적으로 열전달이 향상되는 것으로 알려져 있다. 그러나 지금까지의 문헌에서 자연대류 유동에서 나노유체의 열전달이 향상되는지, 또는 저하되는지에 대한 많은 논쟁이 있어 왔다.

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