Abstract In this paper, the effects of temperature-dependent properties on natural convection of nanofluids in rectangular cavities with sinusoidal temperature distribution are investigated in detail with lattice Boltzmann method. To improve the computational efficiency, all simulations are performed on the Graphics Processing Unit (GPU) using NVIDIA’s CUDA. The fluid in the enclosure is a water-based nanofluid containing Al 2 O 3 nanoparticles. The effects of power-law index ( 0.5 ⩽ n ⩽ 1.5 ), thermal Rayleigh number ( 10 4 ⩽ Ra f ⩽ 10 6 ), diameter of nanoparticle ( 25 nm ⩽ d s ⩽ 100 nm ), nanoparticle volume fraction ( 0.0 ⩽ ϕ ⩽ 0.04 ), temperature of the cooled sidewall ( 315 K ⩽ T c ⩽ 335 K ), temperature difference between the sidewalls ( 10 K ⩽ Δ T ⩽ 50 K ), amplitude ratio ( 0.0 ⩽ A ⩽ 1.0 ), wave number ( 0.0 ⩽ ω ⩽ 6.0 ), phase deviation ( 0.0 ⩽ θ ⩽ π ) and aspect ratio ( 0.250 ⩽ AR ⩽ 4.00 ) on heat and fluid flows are investigated. The results reveal that there is an optimal volume fraction ϕ opt at which the maximum heat transfer enhancement is obtained, and the value of ϕ opt is found to increase slightly with decreasing the nanoparticle diameter, and to increase remarkably with increasing the temperature of T c or Δ T . In addition, the average Nusselt number is generally decreased with increasing power-law index, while increased with increasing A and ω . Further, we found that the average Nusselt number behaves nonlinearly with the phase deviation parameter. Moreover, the present results also indicate that there is an optimal value of aspect ratio at which the impact of AR on heat transfer is the most pronounced.

中文翻译：

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温度相关特性对正弦温度分布矩形腔内幂律纳米流体自然对流的影响

摘要 本文利用格子Boltzmann方法详细研究了温度相关特性对温度呈正弦曲线分布的矩形腔内纳米流体自然对流的影响。为提高计算效率，所有模拟均使用 NVIDIA 的 CUDA 在图形处理单元 (GPU) 上执行。外壳中的流体是含有Al 2 O 3 纳米颗粒的水基纳米流体。幂律指数 ( 0.5 ⩽ n ⩽ 1.5 )、热瑞利数 ( 10 4 ⩽ Ra f ⩽ 10 6 )、纳米粒子直径 ( 25 nm ⩽ ds ⩽ 100 nm )、纳米粒子体积分数 ( 0.0 ⩽ φ ) 的影响0.04 ），冷却侧壁温度（ 315 K ⩽ T c ⩽ 335 K ），侧壁之间的温差（ 10 K ⩽ Δ T ⩽ 50 K ），振幅比（ 0.0 ⩽ A ⩽ 1.0 ），波数（ 0.0 ） ω ⩽ 6.0 ), 研究了热流和流体流的相位偏差 (0.0 ⩽ θ ⩽ π ) 和纵横比 ( 0.250 ⩽ AR ⩽ 4.00 )。结果表明，存在一个最佳的体积分数 φ opt ，在该处可以获得最大的传热增强，并且发现 φ opt 的值随着纳米颗粒直径的减小而略有增加，并随着 T c 温度的升高而显着增加。或 ΔT。此外，平均努塞尔数一般随着幂律指数的增加而降低，而随着A和ω的增加而增加。此外，我们发现平均 Nusselt 数与相位偏差参数呈非线性关系。此外，目前的结果还表明，存在纵横比的最佳值，在该值下 AR 对传热的影响最为显着。00 ) 对热和流体流动进行了研究。结果表明，存在一个最佳的体积分数 φ opt ，在该处可以获得最大的传热增强，并且发现 φ opt 的值随着纳米颗粒直径的减小而略有增加，并随着 T c 温度的升高而显着增加。或 ΔT。此外，平均努塞尔数一般随着幂律指数的增加而降低，而随着A和ω的增加而增加。此外，我们发现平均 Nusselt 数与相位偏差参数呈非线性关系。此外，目前的结果还表明存在纵横比的最佳值，在该值处 AR 对传热的影响最为显着。00 ) 对热和流体流动进行了研究。结果表明，存在一个最佳的体积分数 φ opt ，在该处可以获得最大的传热增强，并且发现 φ opt 的值随着纳米颗粒直径的减小而略有增加，并随着 T c 温度的升高而显着增加。或 ΔT。此外，平均努塞尔数一般随着幂律指数的增加而降低，而随着A和ω的增加而增加。此外，我们发现平均 Nusselt 数与相位偏差参数呈非线性关系。此外，目前的结果还表明存在纵横比的最佳值，在该值处 AR 对传热的影响最为显着。结果表明，存在一个最佳的体积分数 φ opt ，在该处可以获得最大的传热增强，并且发现 φ opt 的值随着纳米颗粒直径的减小而略有增加，并随着 T c 温度的升高而显着增加。或 ΔT。此外，平均努塞尔数一般随着幂律指数的增加而降低，而随着A和ω的增加而增加。此外，我们发现平均 Nusselt 数与相位偏差参数呈非线性关系。此外，目前的结果还表明存在纵横比的最佳值，在该值处 AR 对传热的影响最为显着。结果表明，存在一个最佳的体积分数 φ opt ，在该处可以获得最大的传热增强，并且发现 φ opt 的值随着纳米颗粒直径的减小而略有增加，随着 T c 温度的升高而显着增加。或 ΔT。此外，平均努塞尔数一般随着幂律指数的增加而降低，而随着A和ω的增加而增加。此外，我们发现平均 Nusselt 数与相位偏差参数呈非线性关系。此外，目前的结果还表明，存在纵横比的最佳值，在该值下 AR 对传热的影响最为显着。并且随着T c 或Δ T 的温度升高而显着增加。此外，平均努塞尔数一般随着幂律指数的增加而降低，而随着A和ω的增加而增加。此外，我们发现平均 Nusselt 数与相位偏差参数呈非线性关系。此外，目前的结果还表明存在纵横比的最佳值，在该值处 AR 对传热的影响最为显着。并且随着T c 或Δ T 的温度升高而显着增加。此外，平均努塞尔数一般随着幂律指数的增加而降低，而随着A和ω的增加而增加。此外，我们发现平均 Nusselt 数与相位偏差参数呈非线性关系。此外，目前的结果还表明存在纵横比的最佳值，在该值处 AR 对传热的影响最为显着。