مطالعه عددی تولید آنتروپی در جریان همرفت اجباری نانوسیال غیرنیوتنی در یک مبادله‌‌کن گرمایی دولوله‌ای پیچ خورده

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی کرمانشاه، کرمانشاه، ایران

چکیده

هدف از این مطالعه، بررسی عددی جنبه‌های مختلف موثر بر تولید انواع آنتروپی در یک مبدل گرمایی دولوله‌ای پیچ‌خورده است. در لوله داخلی، ترکیبی از نانوذرات اکسید مس (CuO) درون سیال پایه (ترکیب 5/0 درصد وزنی کربوکسی متیل سلولز و آب) به عنوان نانوسیال غیرنیوتنی مورد استفاده قرار گرفت. در فضای بین دو لوله، آب در جهت مخالف و با عدد رینولدز (Re) 1000 جاری شد. تاثیر غلظت نانوذرات (φ)، عدد رینولدز نانوسیال و گام پیچش بر روی نتایج بررسی شد. نتایج نشان داد که افزایش Re از 500 تا 2000 برای نانوسیال، آنتروپی گرمایی و اصطکاکی را افزایش می‌دهد. همچنین، افزایش غلظت نانوذرات از 0 تا 3% موجب کاهش هردو نوع آنتروپی گردید. در 2000=Re، افزایش φ از 0 تا 3% موجب کاهش 2/9%، 3/15% و 8/11% به ترتیب برای آنتروپی‌های گرمایی، اصطکاکی و کل شد. علاوه‌بر این، افزایش گام پیچش موجب افزایش آن‌ها بخصوص برای آنتروپی گرمایی بود. همچنین، دیده شد که برای تمامی مقادیر φ، عدد بجان هم‌زمان با افزایش Re افزایش می‌یابد و در Re ثابت، افزایش φ نیز موجب افزایش اندک آن می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

  • Tuncer, A.D., A. Sozen, A. Khanlari, E.Y. Gurbuz, H.I. Variyenli, Upgrading the performance of a new shell and helically coiled heat exchanger by using longitudinal fins. Applied Thermal Engineering, 2021. 191: p. 116876.
  • Xiong, Q., M. Izadi, M. Shokri rad, S.A. Shehzad, H.A. Mohammed, 3D Numerical Study of Conical and Fusiform Turbulators for Heat Transfer Improvement in a Double-Pipe Heat Exchanger. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2021. 170: p. 120995.
  • Tran, N., J.S. Liaw, C.C. Wang, Performance of thermofluidic characteristics of recuperative wavy-plate heat exchangers. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2021. 170: p. 121027.
  • Zheng, D., J. Yang, J. Wang, S. Kabelac, B. Sunden, Analyses of thermal performance and pressure drop in a plate heat exchanger filled with ferrofluids under a magnetic field. Fuel, 2021. 293: p. 120432.
  • Omari, S.A.B., A.M. Ghazal, E. Elnajjar, Z.A. Qureshi, Vibration-enhanced direct contact heat exchange using gallium as a solid phase change material. International Communications in Heat and Mass Transfer, 2021. 120: p. 104990.
  • Shahsavar, A., M.A. Bakhshizadeh, M. Arici, M. Afrand, S. Rostami, Numerical study of the possibility of improving the hydrothermal performance of an elliptical double-pipe heat exchanger through the simultaneous use of twisted tubes and non-Newtonian nanofluid, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 2021. 143: p.2825-2840.
  • Dzyubenko, B.V., Influence of flow twisting on convective heat transfer in banks of twisted tubes, Heat Transfer Research, 2015. 36: p. 449-459.
  • Zhang, X.X., G.H. Wei, Z.F. Sang, Experimental research of heat transfer and flow friction properties in twisted tube heat exchanger, Chemical Engineering, 2015. 35: p. 17-20.
  • Qing, D.F., X.L. Duan, Y.H. Liu, Experimental investigation on running characteristics of twisted tube in evaporator, Chemical Engineering, 2015. 36: p. 12-15.
  • Yu, Y., D.S. Zhu, L.D. Zeng, J. Zou, Experimental investigation on heat transfer enhancement of twisted tube, Chemical Engineering, 2015. 39: p. 18-21.
  • Samruaisin, P., S. Kunlabud, K. Kunnarak, V. Chuwattanakul, S. Eiamsa-Ard, Intensification of convective heat transfer and heat exchanger performance by the combined influence of a twisted tube and twisted tape, Case Studies in Thermal Engineering, 2019. 14: p. 100489.
  • Choi, S.U.S., Enhancing thermal conductivity of fluids with nanoparticles, ASME FED, 1995. 231: p. 99-105.
  • Rios, M.S.B.L., C.I. Rivera-Solorio, K.D.P. Nigam, An overview of sustainability of heat exchangers and solar thermal applications with nanofluids: A review, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2021. 142: p. 110855.
  • Khoshvaght-Aliabadi, M., Z. Arani, F. Rahimpour, Influence of Al2O3-H2O nanofluid on performance of twisted minichannels, Advanced Powder Technology, 2016. 27: p. 1514-1525.
  • Feizabadi, A., M. Khoshvaght-Aliabadi, A.B. Rahimi, Numerical investigation on Al2O3/water nanofluid flow through twisted-serpentine tube with empirical validation, Applied Thermal Engineering, 2018. 137: p. 296-309.
  • Omidi, M., A.A. Rabienataj Darzi, M. Farhadi, Turbulent heat transfer and fluid flow of alumina nanofluid inside three-lobed twisted tube, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 2019. 137: p. 1451-1462.
  • Mahato, S.K., S.C. Rana, R.N. Barman, S. Goswami, Numerical analysis of heat transfer and fluid flow through the twisted square duct (TSD): Nanofluid as working fluid, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 2019. 33: p. 5507-5514.
  • Zohuri, B. and P. McDaniel, First Law of Thermodynamics, in Thermodynamics In Nuclear Power Plant Systems. 2019, Springer. p. 99-148.
  • Erguvan, M. and D.W. MacPhee, Second law optimization of heat exchangers in waste heat recovery. International Journal of Energy Research, 2019. 43: p. 5714-5734.
  • Rashidi, S., P. Javadi, and J.A. Esfahani, Second law of thermodynamics analysis for nanofluid turbulent flow inside a solar heater with the ribbed absorber plate. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 2019. 135: p. 551-563.
  • Vera, G., R. Dufo-Lopez, J.L. Bernal-Agustin, Energy management in microgrids with renewable energy sources: A literature review. Applied Sciences, 2019. 9: p. 3854.
  • Brogioli, D., F. La Mantia, and N.Y. Yip, Energy efficiency analysis of distillation for thermally regenerative salinity gradient power technologies. Renewable energy, 2019. 133: p. 1034-1045.
  • Zhao, N., C. Qi, T. Chen, J. Tang, X. Cui, Experimental study on influences of cylindrical grooves on thermal efficiency, exergy efficiency and entropy generation of CPU cooled by nanofluids. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2019. 135: p. 16-32.
  • Al-Rashed, A.A.A.A., A. Shahsavar, S. Entezari, M.A. Mohghimi, S.A. Adio, T.K. Nguyen, Numerical investigation of non-Newtonian water-CMC/CuO nanofluid flow in an offset strip-fin microchannel heat sink: thermal performance and thermodynamic considerations. Applied Thermal Engineering, 2019. 155: p. 247-258.
  • Niknejadi, M.R., M. Afrand, A. Karimipour, A. Shahsavar, A.H. Meghdadi Isfahani, Experimental investigation of the hydrothermal aspects of water-Fe3O4 nanofluid inside a twisted tube, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 2021. 143: p. 801-810.
مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز
دوره 52، شماره 1 - شماره پیاپی 98
اردیبهشت 1401
صفحه 129-138

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار