مطالعه آزمایشگاهی افزایش انتقال گرما درون مبادله‌‌‌کن‌های گرمایی با استفاده از نانوسیال اکسید آلومینا و کویل سیمی در رژیمهای جریانی متفاوت

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی شیمی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد شاهرود، شاهرود، ایران

2 دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد شاهرود، شاهرود، ایران

3 استادیار، گروه مهندسی شیمی، دانشگاه مهندسی فناوری‌های نوین قوچان، قوچان، ایران

چکیده

امروزه استفاده از نانو سیالات به عنوان سیال پایه در مبادله‌‌‌کن‌های گرمایی گسترش چشم گیری یافته است. در این مطالعه ما سعی نمودیم تا کاربرد نانوذرات اکسید آلومینیوم را  به همراه کویل سیمی در افزایش انتقال گرما آب به عنوان سیال پایه را مورد بررسی قرار دهیم. بدین منظور نانو سیال با غلظت های مختلف ساخته شده،با گامهای متفاوت کویل سیمی و در اعداد رینولدز مختلف مورد آزمایش قرار گرفت. از سیم پیچی برای افزایش آشفتگی جریان در داخل مبادله‌‌‌کن‌ بهره گرفته شد،نتایج نشان داد که استفاده از نانو ذرات سبب افزایش بازدهی حرارتی می گردد. هم چنین افزایش غلظت نانو ذرات و افزایش عدد رینولدز در افزایش کارایی سیستمهای حرارتی نقش مستقیمی را ایفا می نمایند.نتایج مبین این است که برای نانوسیال اکسید آلومینا با غلظت 0.35 و سیم پیچی با نسبت گام 2 بهترین عملکرد را داردو برای این شرایط میزان افزایش انتقال گرما 30 الی 45 درصد محاسبه گردید. این در حالی است که میزان افزایش افت اصطکاکی برای این وضعیت 1-6% قرار دارد.این نتایج نشان می دهد که افزایش انتقال گرما بر افزایش افت فشار غلبه کرده و کنترل کننده عملکرد مبادله‌‌‌کن‌ می باشد.

کلیدواژه‌ها


 [1] Choi C., Yoo H.S., Oh J.M., Preparation and heat transfer properties of nanoparticle-in-transformer oil dispersions as advanced energy-efficient coolants, Curr. Appl. Phys. 710–712, 2008.
 [2] Lee J.H., Hwang K.S., Jang S.P., Lee B.H., Kim J.H., Choi S.U.S., Choi C.J., Effective viscosities and thermal conductivities of aqueous nanofluids containing low volume concentrations of Al2O3 nanoparticles, Int. J. Heat Mass Transfer 51, 2651–2656, 2008.
[3] Choi S.U.S., Nanofluids: From vision to reality through research, J. Heat Transfer 131, 033106-1–033106-9, 2009.
[4] Kang H.U., Kim S.H., Oh J.M., Estimation of thermal conductivity of nanofluidusing experimental effective particle volume, Exp. Heat Transfer 19, 181–191, 2006.
[5] Karagedov G. R., Lyakhobv N. Z., Preparation and Sintering of nanosized α-Al2O3 Powder, Nanostructured Materials 11, 559-572, 1999.
 [6] Ranjan, K, Jagadish C. Panchanan Pramanik R "A novel chemical route for  the  synthesis  of  nanocrystalline  α-Al2O3  powder",  Materials  Letters 44,  299-303, 2000.
[7] Li J., Yubai P., Xiang C.,  Qiming  G.,  Guo J.,  Temperature synthesis of ultrafine a-Al2O3 powder by a simple aqueous sol-gel process, Ceramics International, 2005.
 [8] Johnson D. W., Ceramic Powder Preparation, American Ceramic Society. 71 [1], C, 26-28, 1998.
 [9] Murugesan P., Mayilsamy K., Suresh S, Heat transfer and friction factor studies in a circular tube fitted with twisted tape consisting of wire-nails, Chinese Journal of Chemical Engineering 18, 1038–42, 2010.
 [10] Promvonge P., Thermal performance in circular tube fitted with coiled square wires, Energy Conversion and Management 49, 980–987, 2008.
[11] Promvonge P., Thermal enhancement in a round tube with snail entry and coiled-wire inserts, International Communications in Heat and Mass Transfer 35, 623–629, 2000.
[12] Promvonge P., Thermal augmentation in circular tube with twisted tape and wire coil turbulators, Energy Conversion and Management 49, 2949–2955, 2008.
[13] Eiamsa-ard S., Nivesrangsan P., Chokphoemphun S., Promvonge P., Influence of combined non-uniform wire coil and twisted tape inserts on thermal performance characteristics, International Communications in Heat and Mass Transfer 37, 850–856, 2010.
 [14] Akhavan-Behabadi M.A., Kumar R., Salimpour M.R., Azimi R., Pressure drop and heat transfer augmentation due to coiled wire inserts during laminar flow of oil inside a horizontal tube, International Journal of Thermal Sciences 49, 373–379, 2010.
 [15] Maddah H., Alizadeh M., Ghasemi N., Wan Alwi S. R., Experimental study of Al2O3/water nanofluid turbulent heat transfer enhancement in the horizontal double pipes fitted with modified twisted tapes, International Journal of Heat and Mass Transfer 78,1042–1052, 2014.
[16] Mohammadiun H., Mohammadiun M., Hazbehian M., Maddah H., Experimental Study of ethylene glycol-based Al2O3 nanofluid turbulent heat transfer enhancement in the corrugated tube with twisted tapes, Heat Mass Transfer  52, 141–151, 2016.
[17] Hazbehian M., Maddah H., Mohammadiun H., Alizadeh M., Experimental investigation of heat transfer augmentation inside double pipe heat exchanger equipped with reduced width twisted tapes inserts using polymeric nanofluids, Heat Mass Transfer 52,1–15, 2016.
[18] Mohammadiun M., Dashtestani F.,  Alizadeh M., Exergy Prediction Model of a Double Pipe heat Exchanger Using Metal Oxide Nano fluids and Twisted Tape Based on the Artificial Neural Network Approach and Experimental Results, Journal of Heat Transfer 138, 011801-1-011801-9, 2015.