مطالعه افزايش انتقال حرارت با استفاده از نانو سيال در مبدل حرارتي با ميكرو لوله بيضي شكل مارپيچي

Nano fluid , Reynolds number , Nusselt number , performance eva‎luation criteria

اسدي،سعيد،راهنما

در اين تحقيق افت فشار و انتقال حرارت جريان نانو سيال آب-آلومينيوم اكسيد درون ميكرو لوله مارپيچ در غلظت¬هاي مختلف در محدوده عدد رينولدز بين 800 تا 2000 به روش عددي موردمطالعه قرار گرفت. دو سطح مقطع مختلف شامل بيضي و دايره براي ميكرو لوله موردمطالعه قرار گرفتند. براي شبيه-سازي جريان هم از نرم¬افزار فلوئنت استفاده شد. نتايج نشان مي¬دهد كه در مقطع بيضوي نسبت به دايروي افزايش افت فشار مشاهده مي¬شود. با افزايش عدد رينولدز اگرچه اختلاف افت فشار مقطع بيضوي و دايروي بيشتر مي¬شود، اما درصد رشد آن كاهش مي¬يابد. در اعداد رينولدز 400، 800 و 1200 در مقطع بيضوي نسبت به دايروي افت فشار به ترتيب 7/6، 1/5 و 2/4 درصد افزايش مي¬يابد. همچنين حدود 8/0 درصد در همه اعداد رينولدز افزايش در عدد ناسلت در مقطع بيضوي نسبت به دايروي مشاهده مي¬شود؛ بنابراين مي¬توان ادعا كرد كه در صورت استفاده از آب خالص به‌عنوان سيال عامل در ميكرو كانال بيضوي نسبت به دايروي جريان متحمل افت فشار بيشتري مي¬شود، بدون اينكه افزايش قابل‌توجهي در نرخ انتقال حرارت رخ دهد. با افزايش غلظت نانو ذرات و به‌تبع آن افزايش ويسكوزيته نانو سيال، افت فشار هم افزايش مي¬يابد. همچنين با افزايش غلظت، اختلاف بين مقادير افت فشار جريان در رينولدزهاي مختلف بيشتر مي-شود. در رينولدز 800 افت فشار جريان با غلظت 5 درصد نسبت به 3 درصد 5/1 برابر و 3 درصد نسبت به 1 درصد 4/1 برابر مي¬شود. اين نسبت¬ها در اعداد رينولدز 1400 و 2000 هم مشاهده مي¬شوند. در رينولدز 800 تغيير مقطع از دايره به بيضي موجب افزايش 07/1 برابري افت فشار، در رينولدز 1400 باعث افزايش 05/1 برابري افت فشار و در رينولدز 2000 باعث افزايش 04/1 برابري افت فشار مي¬شود. همچنين مي-توان نتيجه گرفت نسبت عدد ناسلت در مقطع دايروي نسبت به بيضوي به‌طور متوسط مستقل از عدد رينولدز است. همچنين با افزايش كسر حجمي افزايش ناچيزي دارد. اين روند در عدد رينولدز 800 به‌صورت يك كاهش ناچيز مشاهده مي¬شود. بعلاوه نتايج نشان داد كه روند تغييرات نسبت عدد ناسلت نانو سيال به آب خالص مستقل از عدد رينولدز است و صرفاً تبعيت از كسر حجمي نانوذارت دارد. اين مقدار در كسر حجمي¬هاي 1، 3 و 5 درصد به ترتيب برابر با 144/1، 626/1 و 442/2 است. در انتها بررسي شاخص ارزايبي عملكرد نشان داد كه مقدار آن مستقل از عدد رينولدز و شكل مقطع ميكرو لوله (بين بيضي و دايره) و صرفاً وابسته به كسر حجمي نانو ذرات است. اين مقدار براي كسر حجمي¬هاي 1، 3 و 5 درصد به ترتيب برابر با 98/0، 95/0 و 93/0 است. افزايش كسر حجمي نانو ذرات از 1 به 3 درصد موجب كاهش 7/2 درصدي شاخص و افزايش كسر حجمي از 3 به 5 درصد موجب كاهش 7/1 درصدي شاخص مي¬شود.

1403/08/28

منتخبي

76919