شبیه‌سازی جریان تک فازی و دوفازی نانوسیال آب-اکسید تیتانیم در مبدل حرارتی دو لوله‌ای جریان مخالف و بررسی عملکرد انتقال حرارت و افت فشار در آن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 مربی، گروه مکانیک، دانشکده تبریز، دانشگاه فنی و حرفه‌ای، تبریز، ایران دانشجوی دکتری مکانیک تبدیل انرژی، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه ارومیه، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

3 استاد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

4 دانشجوی دکتری مکانیک تبدیل انرژی، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

چکیده

در این مطالعه، شبیه‌سازی نانوسیال آب-اکسید تیتانیم در یک مبادله کن گرمایی دو لوله‌ای جریان مخالف با شار گرمایی ثابت توسط نرم‌افزار fluent انجام‌شده است. هدف این مطالعه مقایسه شبیه‌سازی تک فازی و دوفازی مدل مخلوط با نتایج تجربی برای به دست آوردن بهترین مدل شبیه‌سازی است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که مقدار عدد ناسلت و ضریب جابجایی به ازای کسر حجمی 2/۰% در عدد رینولدز بالاتر از 8000، مدل تک فازی نسبت به مدل دوفازی مخلوط به نتایج تجربی نزدیک‌تر است ولی در رینولدزهای پایین‌تر از 8000 مدل دوفازی مخلوط مطابقت بهتری با نتایج تجربی دارند. مقایسه مقدار افت فشارها نشان می دهد هرچقدر سرعت نانوسیال افزایش ‌یابد اختلاف بین شبیه‌سازی و نتایج تجربی بیشتر می‌شود. نتایج بررسی‌ها نشان می‌دهد بیشترین مقدار افزایش عدد ناسلت و ضریب جابجایی در اعداد رینولدز بالاتر است و نشان‌دهنده این است که در رینولدزهای بالا افزایش کسر حجمی تأثیر بیشتری دارد که یکی از دلایل آن می‌تواند همگن‌تر بودن نانوسیال در رینولدزهای بالاتر به دلیل اغتشاش بیشتر باشد. به‌طورکلی می‌توان گفت که نتایج شبیه‌سازی مطابقت خوبی با نتایج تجربی دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]  Kakaç S., Bergles A. E., Mayinger F., and Yuncu H., Heat transfer enhancement of heat exchangers, vol. 355, Springer, 1999.
[2]  Choi S. U. S., Enhancing thermal conductivity of fluids with nanoparticle, ASME FED 231, 1995.
[3]   Das S. K., Putra N., Thiesen P., Roetzel W., Temperature dependence of thermal conductivity enhancement for nanofluids, J. Heat Transfe Vol. 125, pp. 567-574, 2003.
[4]     AbdolbaqiaNor M. Kh., Che Sidik A., Mamatac A. R., AzmiacMohammad W. H., Yazid M., Najafid G., An experimental determination of thermal conductivity and viscosity of BioGlycol/water based TiO2 nanofluids. International Communications in Heat and Mass Transfer Vol. 77, pp. 22-32, 2016.
[5]  Lee S., Choi S. U. S., S. Li., Eastman J. A., Measuring thermal conductivity of fluids containing oxide nanoparticles, ASME Journal Heat Transfer, Vol.121, pp. 280–288, 1999.
[6]     Aghayari R., Maddah H., Ashori F., Hakiminejad A., Aghili M., Effect of nanoparticles on heat transfer in mini double-pipe heat exchangers in turbulent. Heat and Mass Transfer vol. 51, pp. 301–306, 2015.
[7]     Rea U., McKrell T., Hu L., Buongiorno J., Laminar convective heat transfer and viscous pressure loss of alumina–water and zirconia–water nanofluids, International Journal of Heat and Mass Transfer vol. 52, pp. 2042–2048, 2009.
[8]     Jaafar Albadr A., Satinder Tayal A., Mushtaq Alasadi B., Heat transfer through heat exchanger using Al2O3 nanofluid at different concentrations. Case Studies in Thermal Engineering, vol. 1, pp. 38–44, 2013.
[9]  Chandrasekar M., Sures S., A Review on the Mechanisms of Heat Transport in Nanofluids, Heat Transfer Engineering, Vol. 30, No. 14, pp. 1136-1150, 2009.
[10] Heris, S. Z., Esfahany M. N., and Etemad S. G., Experimental investigation of convective heat transfer of Al2O3/water nanofluid in circular tube. International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 28, pp. 203–210, 2007.
[11]             Anoop K. B., Sundararajan T., Das S. K., Effect of particle size on the convective heat transfer in nanofluid in the developing region. International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 52, pp. 2189–2195, 2009.
[12] Abbasian A., Arani A., Amani J., Experimental investigation of diameter effect on heat transfer performance and pressure drop of TiO2–water nanofluid, Experimental Thermal and Fluid Science,Vol. 44, pp. 520–533, 2013.
[13] Barzegarian R., Keshavarz Moraveji M., Aloueyan A., Experimental investigation on heat transfer characteristics and pressure drop of BPHE (brazed plate heat exchanger) using TiO2-water nanofluid. Experimental Thermal and Fluid Science, Vol. 74, pp. 11-18, June 2016.
[14] Shirvan K. M., Mamourian M., Mirzakhanlari S., Ellahi R., Numerical investigation of heat exchanger effectiveness in a double pipe heat exchanger filled with nanofluid: A sensitivity analysis by response surface methodology. Powder Technology,Vol. 313, pp. 99–111, 2017.
[15] Ellahi R., Hassan M., Zeeshan A., Shape effects of nanosize particles in Cu-H2O nanofluid on entropy generation, Int. J. Heat Mass Transfer,Vol. 81, pp. 449–456, 2015.
[16] Ellahi R., Rahman S. U., Nadeem S., Blood flow of Jeffrey fluid in a Catherized tapered artery with the suspension of nanoparticles, Phys. Lett. A,Vol. 378, pp. 2973–2980, 2014.
[17] Diao Y. H., Li C. Z., Zhang J., Zhao Y. H., Kang Y. M., Experimental investigation of MWCNT–water nanofluids flow and convective heat transfer characteristics in multiport minichannels with smooth/micro-fin surface, Powder Technol,Vol. 305, pp. 206–216, 2017.
[18] Mohammad S. B., Sita Rama Rajub A.V., Bhagvanth Raoc M., Heat transfer enhancement and pressure drop of Fe3O4 –water nanofluid in a double tube counter flow heat exchanger with internal longitudinal fins Case Studies in Thermal Engineering, Vol. 12, pp. 600–607, 2018.
[19] Wongwises S., Duangthongsuk W., Heat transfer enhancement and pressure drop characteristics of TiO2–water nanofluid in a double-tube counter flow heat exchanger. International Journal of Heat and Mass Transfer,Vol. 52, pp. 2059–2067, 2009.
[20] Eiamsa-ard S., Pethkool S., Thianpong C., Promvonge P., Turbulent flow heat transfer and pressure loss in a double pipe heat exchanger with louvered strip inserts, International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol. 35, pp. 120–129, 2008.
[21]             Pak B. C., Cho Y. I., Hydrodynamic and heat transfer study of dispersed fluids with submicron metallic oxide particles, Exp. Heat Transfer, Vol. 11, 151,1998.
[22]             Xuan, Y. and Q. Li, Investigation on convective heat transfer and flow features of nanofluids. Journal of Heat Transfer, Vol. 125, pp. 151–155, 2003.
[23]             Drew D. A., Passman S. L., Theory of Multi Component Fluids, Springer, Berlin, 1999.
[24]             Clement Kleinstreuer, Microfluidics and Nanofluidics Theory and Selected pplications, 2014.
[25]             Kumar, D. H., Patel H. E., Kumar, V. R. R., Sundararajan T., Pradeep T., Das S. K., Model for Heat Conduction in Nanofluids, Physical Review Letters, vol. 93, 2004.
[26] Yu W., Choi S. U. S., The role of interfacial layers in the enhanced thermal conductivity of nanofluids: a renovated Maxwell model, J. Nanoparticles Res., Vol. 5, 167, 2003.
[27] Xuan, Y., Li Q., Investigation of Convective Heat Transfer and Flow Features of Nanofluids, Journal of Heat Transfer, Vol. 125, No. 1, pp. 151-153, 2003.