Étude Numérique et Théorique de l'Effet des Propriétés Rhéologiques d'un Fluide Complexe sur le Transfert Thermique

Abstract

La convection libre d'un nanofluide non-Newtonien composé de nanotubes de carbone à paroi unique (SWCNT) et d'eau saturée dans un milieu poreux carré incliné est étudiée numériquement. Le comportement du fluide non-Newtonien est décrit par le modèle de Carreau-Yasuda, où l'écoulement du fluide à l'intérieur de la cavité est modélisé à l'aide du modèle de Dupuit-Darcy pour analyser la déviation par rapport à la situation de Darcy linéaire. Les parois supérieure et inférieure de l'enceinte sont maintenues adiabatiques, tandis que les autres parois sont chauffées de manière différentielle. La méthode des différences finies a été utilisée pour résoudre les équations aux dérivées partielles (EDP) régissant le problème. L'équation de la quantité de mouvement obtenue permet de présenter les résultats pour le comportement Newtonien et non-Newtonien du nanofluide SWCNT-eau. Les effets du nombre de Rayleigh, de la fraction volumique des nanotubes, du paramètre d'effet d’inertie, des paramètres non-Newtoniens de Carreau-Yasuda et de l'angle d'inclinaison de la cavité sur l'écoulement du fluide et le taux de transfert de chaleur sont présentés à travers des lignes de courant, des isothermes et des contours de viscosité apparente. De plus, une analyse d'échelle est présentée pour montrer l'amélioration maximale du transfert de chaleur qui peut être atteinte grâce à cette étude. Il est constaté que l'augmentation du pourcentage de SWCNT améliore considérablement le transfert de chaleur, même avec l'augmentation de la viscosité du fluide. De plus, l'augmentation de paramètre d’inertiel inhibe l'écoulement à l'intérieur de la cavité et entraîne une diminution du taux de convection. L'indice de la loi de puissance du modèle de Carreau-Yasuda à un effet significatif sur l’intensité de l’écoulement et le taux de convection à l'intérieur de l'enceinte, plus le fluide s'amincit sous contrainte, meilleur est le taux de convection. Une amélioration de 8% du taux de convection est enregistrée pour le cas du comportement Newtonien, tandis que pour la situation d'amincissement sous contrainte, l'amélioration atteint huit fois celle enregistrée pour la condition newtonienne.