مدل‌سازی انتقال حرارت و جریان نانو سیال آب- آلومینا و آب-تیتانیا در مبدل حرارتی با آشفته ساز

الموضوعات : تحقیقات در علوم مهندسی سطح و نانو مواد

میلاد محمود زاده ¹ (گروه مهندسی مکانیک، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران.)
اشکان غفوری ² (گروه مهندسی مکانیک، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران.)

تاريخ الإرسال : 17 الخميس , ربيع الأول, 1444 تاريخ التأكيد : 20 الأربعاء , جمادى الأولى, 1444 تاريخ الإصدار : 28 الثلاثاء , ربيع الثاني, 1444

الکلمات المفتاحية: نانوسیال, عدد ناسلت, انتقال حرارت, باله‌ی میانی, جداکننده‌ی V شکل,

ملخص المقالة :

در حال حاضر با رشد و توسعه تکنولوژی‌های نوین انتقال حرارت، کاهش زمان انتقال حرارت، کوچک‌سازی اندازه‌ی تجهیزات حرارتی و در نهایت افزایش راندمان حرارتی مورد توجه مهندسین بوده است. در این پژوهش، ﺑﻪﻣﻨﻈﻮر ﺑﺮرﺳﯽ ﺧﻮاص اﻧﺘﻘﺎل ﺣﺮارت ﻧﺎﻧﻮﺳﯿﺎل‌های آب-آلومینا و آب-تیتانیا در مبدلی با جداکننده‌ی Vشکل و باله میانی ﺷﺒﯿﻪﺳﺎزی عددی انجام شده اﺳﺖ. ﻃﺮاﺣﯽ ﺑا ﻧﺮم اﻓﺰار سالیدورکس انجام شده و در انسیس شبکهﺑﻨﺪی انجام شده است. ورودی ﺳﯿﺴﺘﻢ از ﻧﻮع ﺳﺮﻋﺖ ورودی و ﺧﺮوﺟﯽ از ﻧﻮع فشار ثابت اﻧﺘﺨﺎب ﮔﺮدﯾﺪ. ﺑﻌﺪ از ﻃﺮاﺣﯽ در نرم افزار، ﺗﺄﺛﯿﺮ ﺳﺮﻋﺖ ورودی ﻧﺎﻧﻮﺳﯿﺎل ﺑﺮ روی ﺿﺮﯾﺐ اﻧﺘﻘﺎل ﺣﺮارت ﺟﺎﺑﻪﺟﺎﯾﯽ و ﻋﺪد ﻧﺎﺳﻠﺖ ﭘﺎراﻣﺘﺮهایی هستند ﮐﻪ ﻣﻮرد ﺑﺮرﺳﯽ ﻗﺮار گرفته‌ است. در ادامه با در نظر گرفتن نسبت حجمی و قطر ذرات نانو، معادله‌ی پیوستگی و معادله‌ی ناویر استوکس تراکم ناپذیر برای یک سیستم مختصات منطبق بر جسم با استفاده از روش حجم کنترلی حل شده است. نتایج به کاهش ضریب اصطکاک با افزایش عدد رینولدز اشاره دارد. با مقایسه‌ی ضریب انتقال حرارت بین نانوسیال آب- آلومینا و نانوسیال آب- دی‌اکسید تیتانیوم مشاهده می‌شود که متوسط مقدار این ضریب برای نانوسیال آب-آلومینا 14درصد بیشتر است. از طرفی حساسیت ضریب انتقال حرارت نانوسیال آب-دی‌اکسید تیتانیوم نسبت به نانوسیال آب- آلومینا نسبت به تغییرات عدد رینولدز شدیدتر است. همچنین با افزایش قطر از 40 به 60 میلیمتر در محدوده عدد رینولدز از 3000 تا 8000 افزایش عدد ناسلت مشاهده شد. با بررسی شاخص ارزیابی عملکرد مشاهده می شود که با افزایش قطر به طور میانگین افزایش 19.3 درصدی در شاخص ارزیابی عملکرد دیده می شود.

المصادر:

[1] M. Hidetoshi, A. Ebata, and K. Teramae, Alteration of thermal conductivity and viscosity of liquid by dispersing ultra-fine particles. Dispersion of Al2O3, SiO2 and TiO2 ultra-fine particles. (1993) 227.

[2] B.Jacopo, Convective transport in nanofluids. (2006) 240.

[3] J.Rong-Yuan and S.Ch. Tzeng, Numerical research of nature convective heat transfer enhancement filled with nanofluids in rectangular enclosures, International Communications in Heat and Mass Transfer. 6 (2006) 727.     

[4]  P.Hossein Ali and M. Yaghoubi, Analysis of nanoparticles migration on natural convective heat transfer of nanofluids." International Journal of Thermal Sciences, 68 (2013) 79.

 [5] P. Bock Choon and Y. I. Cho, Hydrodynamic and heat transfer study of dispersed fluids with submicron metallic oxide particles, Experimental Heat Transfer an International Journal, 2 (1998) 151.

 [6] D. Sarit Kumar, N. Putra, P. Thiesen, and W. Roetzel, "Temperature dependence of thermal conductivity enhancement for nanofluids", J. Heat Transfer 4 (2003) 567.

 [7] He. Yurong, Y. Jin, H. Chen, Y. Ding, D. Cang, and H. Lu, "Heat transfer and flow behaviour of aqueous suspensions of TiO2 nanoparticles (nanofluids) flowing upward through a vertical pipe." International journal of heat and mass transfer, 11-12 (2007) 2272.

 [8] R. Lotfi, Y. Saboohi, AM. Rashidi. "Numerical study of forced convective heat transfer of nanofluids: comparison of different approaches.", International Communications in Heat and Mass Transfer ,1 (2010) 74.

 [9]  B. Farajollahi, SG. Etemad, M .Hojjat, "Heat transfer of nanofluids in a shell and tube heat exchanger", International Journal of Heat and Mass Transfer ,1-3 (2010) 12.

 [10] N .Kannadasan, K .Ramanathan, S. Suresh ,"Comparison of heat transfer and pressure drop in horizontal and vertical helically coiled heat exchanger with CuO/water based nano fluids", Experimental Thermal and Fluid Science ,42 (2012) 64.

[11] M. Xu, H. Lu, L. Gong, JC. Chai, X. Duan and X. Duan, "Parametric numerical study of the flow and heat transfer in microchannel with dimples.", International Communications in Heat and Mass Transfer, 76 (2016) 348.

 [12] J. Wu, J. Zhao, J. Lei, B. Liu, "Effectiveness of nanofluid on improving the performance of microchannel heat sink", Applied Thermal Engineering, 101 (2016) 402.

 [13] R. Wang, J. Wang, B. Lijin, Z. Zhu, "Parameterization investigation on the microchannel heat sink with slant rectangular ribs by numerical simulation", Applied Thermal Engineering, 133 (2018) 428.

[14] R. Faridi Khouzestani, A. Ghafouri, "Numerical study on heat transfer and nanofluid flow in pipes fitted with different dimpled spiral center plate." SN Applied Sciences, 2 (2020) 1.

[15] R. Faridi-khouzestani, A .Ghafouri, M. Halalizade. "Numerical study of the effects of geometric parameters and nanofluid properties on heat transfer and pressure drop in helical tubes." SN Applied Sciences. 3 (2021) 1.

 [16] H.A. Moghaddam, A. Ghafouri, and R Faridi Khouzestani. "Viscosity and thermal conductivity correlations for various nanofluids based on different temperature and nanoparticle diameter." Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering. 6 (2021) 303.

[17] م. سلطانی, ر. رحیمی اصل, دینامیک سیالات محاسباتی به کمک نرم‌افزار ,FLUENT انتشارات نشرطراح ، تهران , 1389.

 [18] K.Tadeusz J, The exergy method of thermal plant analysis. Paragon Publishing (2012).

 [19] LT. Fan, ST. Lin, NZ. Azer, "Surface renewal model of condensation heat transfer in tubes with in-line static mixers.", International Journal of Heat and Mass Transfer , 7 (1978) 849.

 [20] W. Jedsadaratanachai, and A. Boonloi, "Performance analysis and flow visualization in a round tube heat exchanger inserted with wavy V-ribs." Advances in Mechanical Engineering, 9 (2017) 1.

[21] S. U. DEVI and S. P. Anjali Devi. " Heat Transfer Enhancement of  Cu −  / Water Hybrid Nanofluid Flow Over A Stretching Sheet," Journal of the Nigerian Mathematical Society , 2 (2017) 419.

 [22] W. Malalasekera, HK .Versteeg , "An introduction to computational fluid dynamics." The finite volume method, Harlow: Prentice Hall , 1995.

[23] A.A.A, Arani, J, Amani. "Experimental study on the effect of TiO2–water nanofluid on heat transfer and pressure drop." Experimental Thermal and Fluid Science .42 (2012) 107.