بررسی تجربی عملکرد گرمایی لوله گرمایی نوسانی داخل شیاردار با نانوسیال آب-MWCNT

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 مربی، گروه تاسیسات حرارتی و برودتی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه فنی و حرفه‌ای، تهران، ایران

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

چکیده

با توجه به اهمیت استفاده از نانو سیال‌ها در لوله‌های گرمایی و عدم ارائه گزارشی درباره استفاده از نانوسیال در لوله گرمایی نوسانی داخل شیاردار (IGOHP)، در این تحقیق به‌صورت تجربی عملکرد گرماییIGOHP با نانوسیال آب- نانولوله کربنی چند دیواره (MWCNT) مورد بررسی قرار گرفته است. آزمایش‌ها در نسبت پرشوندگی بهینه (60 درصد) در توان‌های گرمایی 50 تا 300 وات در چهار کسر حجمی 05/0، 1/0، 2/0، 4/0 درصد با نانوسیال آب-MWCNT انجام گردید. نتایج نشان داد که کمترین مقاومت گرمایی در کسر حجمی 1/0 درصد به دست آمد و پس از آن افزودن غلظت نانوسیال سبب کاهش عملکرد گرمایی IGOHP شد که دلیل اصلی آن افزایش لزجت نانوسیال میتواند باشد. استفاده از نانوسیال آب-MWCNT%0/1 در مقایسه با آب مقطر درIGPHP، به‌طور متوسط 11 درصد مقاومت گرمایی را کاهش و 12 درصد رسانایی گرمایی مؤثر را افزایش داد. نتایج نشان داد شروع بکار نوسانات در نانوسیال نسبت به آب مقطر زودتر آغاز شده و بهترین عملکرد در توان‌های گرمایی بالاتر رخ داد که دلیل آن می‌توان در نوسانات زیاد و مداوم دانست.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


  • Sarafraz M., Nikkhah V., Nakhjavani M., Arya A., Fouling formation and thermal performance of aqueous carbon nanotube nanofluid in a heat sink with rectangular parallel microchannel, Appl Therm Eng. 23, pp. 29-39, 2017.
  • Liu Z-H., Li Y-Y., A new frontier of nanofluid research –application of nanofluids in heat pipes, Int J Heat Mass Transf, Vol. 55, pp. 6786–6797,
  • فرشاد س. ع. و  شیخ الاسلامی م.، بررسی عددی افزایش انتقال گرما نانوسیال در گردآورنده خورشیدی صفحه تخت با قراردادن نوار پیچشی چندکاناله در داخل لوله. مجلۀ مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، د. 50، شماره 4، زمستان 1399، صفحه 141-149.
  • Sarafraz M., Arya A., Hormozi F., Nikkhah V. On the convective thermal performance of a CPU cooler working with liquid gallium and CuO/water nanofluid: a comparative study, Appl Theram Eng, Vol. 112, pp. 1373–1381, 2017.
  • معصوم پور ب.، عطایی زاده م.، نصوحی دهنوی ا.، حاج عبداللهی ح.، تاثیر نانوذرات بر بهینه‌سازی چند هدفه مبادله‌کن گرمایی پوسته و لوله. مجلۀ مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، د. 50، شماره 2، تابستان 1399، صفحه 217-224.
  • Salari E., Peyghambarzadeh S., Sarafraz M., Hormozi F., Nikkhah V. Thermal behavior of aqueous iron oxide nano-fluid as a coolant on a flat disc heater under the pool boiling condition, Heat Mass Transf, Vol.  53, pp. 265–275, 2017.
  • Das S. K., Choi S. U., Patel H. E., Heat Transfer in Nanofluids a Review. Heat transfer engineering, vol. 27, pp. 3-19, 2006.
  • Buschmann M. H., Nanofluids in thermosyphons and heat pipes: overview of recent experiments and modelling approaches, Int J Therm Sci, Vol. 72, pp.1–17, 2013.
  • Zohuri B., Other types of heat PipesHeat pipe design and technology: modern applications for practical thermal management, Springer International Publishing, Cham, pp. 431–449, 2016.
  • Jo J., Kim J., Kim SJ., Experimental investigations of heat transfer mechanisms of a pulsating heat pipe, Energy Conversion and Management, Vol. 181, pp. 331-341, 2019.
  • Alhuyi Nazari , Ahmadi M.H. , Ghasempour R., Shafii M.B. , Mahian O. , Kalo- girou S., Wongwises S. , A review on pulsating heat pipes: from solar to cryogenic applications, Appl. Energy, Vol. 222, pp. 475–484, 2018.
  • Jin H. , Lin G. , Zeiny A. , Bai L. , Cai J. , Wen D. , Experimental study of transparent oscillating heat pipes filled with solar absorptive nanofluids, J. Heat Mass Transfer, Vol. 139, pp. 789–801, 2019.
  • Zhao J. Jiang W. , Rao Z. , Thermal performance investigation of an oscillating heat pipe with external expansion structure used for thermal energy recovery and storage, J. Heat Mass Transfer, Vol. 132, pp. 920–928, 2019.
  • Salari E., Peyghambarzadeh S., Sarafraz M., Hormozi F., Nikkhah V., Thermal behavior of aqueous iron oxide nano-fluid as a coolant on a flat disc heater under the pool boiling condition, Heat and Mass Transfer, 53, pp. 265–275, 2017.
  • Wang H. , Qu J. , Peng Y. , Sun Q., Heat transfer performance of a novel tubular oscillating heat pipe with sintered copper particles inside flat-plate evaporator and high-power LED heat sink application, Energy Convers. Manage, Vol. 189, pp. 215–222, 2019.
  • Wei A., Qu J., Qiu H., Wang C., Cao G., Heat transfer characteristics of plug-in oscillating heat pipe with binary-fluid mixtures for electric vehicle battery thermal management, J. Heat Mass Transfer, Vol. 135, pp. 746–760, 2019 .
  • Jafari Mosleh , Bijarchi M.A. , Shafii M.B. , Experimental and numerical investi- gation of using pulsating heat pipes instead of fins in air-cooled heat exchangers, Energy Convers. Manage, Vol. 181, pp. 653–662, 2019.
  • Cui X. , Qiu Z. , Weng J. , Li Z. , Heat transfer performance of closed loop pulsat- ing heat pipes with methanol-based binary mixtures. Therm. Fluid Sci. Vol. 76, pp. 253–263, 2016.
  • Haizhen Xian ,Wenjin Xu,Yuning Zhang,Xiaoze Du,Yongping Yang, Experimental investigations of dynamic fluid flow in oscillating heat pipe under pulse heating. Applied Thermal Engineering , Vol. 88, Pages pp. 376-383, 2015.
  • Nazaria M. A., Ahmadi M. H., Ghasempour R., Shafii M. B., How to improve the thermal performance of pulsating heat pipes: A review on working fluid. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 91, pp. 630–638, 2018.
  • Riehl R.R., Santos N.D., Water-copper nanofluid application in an open loop pulsating heat pipe, Therm. Eng, Vol. 42, pp. 6–10, 2012.
  • Goshayeshi H. R., Goodarzi M., . Safaei M. R, Dahari M., Experimental Study on the Effect of Inclination Angle on Heat Transfer Enhancement of a Ferrofluid in a Closed Loop Oscillating Heat Pipe under Magnetic Field. Experimental Thermal and Fluid Science, Vol. 74, pp. 265–270, 2016.
  • Xing M., Yu J., Wang R., Performance of a vertical closed pulsating heat pipe with hydroxylated MWNTs nanofluid, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 112, pp. 81–88, 2017.
  • Kang Sh.-W., Wang Y. Ch., Liu Y.-C., Lo H.-M., Visualization and thermal resistance measurements for a magnetic nanofluid pulsating heat pipe, Applied Thermal Engineering, Vol. 126, pp. 1044–1050, 2017.
  • Tanshen MR., Munkhbayar B., MJ. Nine, Chung H, Jeong H., Effect of functionalized MWCNTs/water nanofluids on thermal resistance and pressure fluctuation characteristics in oscillating heat pipe, International Communications in Heat and Mass Transfer, 48 , pp. 93-98, 2013.
  • Nazaria M. A., Ghasempour R., Ahmadi M. H., Heydarian G., Shafii M. B., Experimental investigation of graphene oxide nanofluid on heat transfer enhancement of pulsating heat pipe, International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol.  91, pp. 90–94, 2018.
  • محسنی فدردی ح.، گشایشی ح.، علوی س. م. ا.، علیزاده جاجرم ع.، خسروداد م.، بررسی آزمایشگاهی عملکرد حرارتی یک لوله گرمایی نوسانی سه بعدی همراه با نانوسیال اکسید آهن در معرض میدان مغناطیسی و تبخیرکن شیاردار شده. مجلۀ مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز ، دوره 51، شماره 3، پاییز 1400، صفحه 191-199.
  • Xu Y., Xue Y., Qi H., Cai W., Experimental study on heat transfer performance of pulsating heat pipes with hybrid working fluids, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 157, pp. 119727, 2020.
  • Zufar M., Gunnasegaran P., Kumar H.M., Ng K.C., Numerical and experimental investigations of hybrid nanofluids on pulsating heat pipe performance, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 146, pp. 118887, 2020.
  • Akbari Kangarluei R., Abbasalizadeh Ranjbari M., Ramezanpour A., An experimental comparison of thermal performance: Smooth and inner-grooved closed loop pulsating heat pipes in different angles, International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol. 125, pp. 105306, 2021
  • Kedzierski M.A., Goncalves J.M., Horizontal convective condensation of alternative refrigerants within a micro-fin tube, Journal of Enhanced Heat Transfer, Vol. 6 No.2, pp. 161–178, 1999.
  • Khandekar S., Thermo-hydrodynamics of closed loop pulsating heat pipes, University of Stuttgart, Stuttgart, Germany, 2004.
  • Sun C., Tseng C., Yang Wu K., S., Wang C., Investigation of the evacuation pressure on the performance of pulsating heat pipe, International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol. 85 pp. 23-28, 2017.
  • Qu J., Wang Q., Experimental study on the thermal performance of vertical closed-loop oscillating heat pipes and correlation modeling, Applied Energy, Vol.  112, pp.1154–1160, 2013.
  • Liang Q., T. Hao, Wang , Ma X., Lan Z., Wang Y., Startup and transport characteristics of oscillating heat pipe using ionic liquids, International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol. 94, pp. 1-13, 2018.
  • Douglas C. M., Design and analysis of experiments, John Wiley and sons. 2001