بررسی تجربی کارآیی گرمایی مبادله‌کن‌های گرمایی پوسته و لوله مارپیچ با استفاده از نانوذرات مغناطیسی Fe3 O4

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران

2 دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران

3 دانشجوی دکترا، گروه شیمی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران

چکیده

در این پژوهش، اثر نانوذرات مغناطیسی Fe3O4بر عملکرد گرمایی یک مبادله­کن گرمایی پوسته و لوله مارپیچ به­صورت تجربی بررسی شده است. نانوذرات به قطر 26 نانومتر و در کسرهای حجمی 03/0، 06/0 و 1/0 درصد در سیال پایه پراکنده می­شوند. محلول اتیلن گلیکول و آب به­عنوان سیال پایه استفاده شده است. آزمایش­ها برای درصدهای متفاوت آب و اتیلن گلیکول، درصدهای حجمی مختلف ذره و دبی جریان متفاوت سمت لوله مارپیچ انجام شده است. سیال سمت پوسته آب و سیال سمت لوله مارپیچ آب، مخلوط آب و اتیلن­گلیکول و نانوسیال می­باشد. نتایج نشان می­دهند که نانوسیالات عملکرد گرمایی مبادله­کن­های گرمایی را بهبود می­بخشند. ضریب انتقال گرمای جابه­جایی برای محلول آب و اتیلن گلیکول با 1/0درصد نانوذره مغناطیسی Fe3O4 حدود 65 درصد افزایش می­یابد. با افزایش دبی جریان سمت لوله مارپیچ، عدد ناسلت داخلی به مقدار 160 درصد افزایش می­یابد. می­توان نتیجه گرفت که نانوسیال مغناطیسی  Fe3O4  با سیال پایه آب و اتیلن گلیکول می­تواند به عنوان خنک کننده مفید در مبادله­کن­­های گرمایی پوسته و لوله مارپیچ به کار گرفته شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Dean W. R. and Hurst J. M., Note on the motion of fluid in a curved pipe. Mathematika, Vol. 6, No.1, pp. 77-85, 1959.
[2] Bai B., Guo L., Feng Z. and Chen X., Turbulent heat transfer in a horizontal helically coiled tube. Heat Transfer—Asian Research: Co‐sponsored by the Society of Chemical Engineers of Japan and the Heat Transfer Division of ASME, Vol. 28, No.5, pp. 395-403, 1999.
[3] Kumar V., Saini S., Sharma M. and Nigam K. D. P., Pressure drop and heat transfer study in tube-in-tube helical heat exchanger. Chemical Engineering Science, Vol. 61, No.13, pp. 4403-4416, 2006.
[4] Alimoradi A. and Veysi F., Prediction of heat transfer coefficients of shell and coiled tube heat exchangers using numerical method and experimental validation. International Journal of Thermal Sciences, Vol. 107, pp. 196-208, 2016.
[5] Khairul M. A., Alim M. A., Mahbubul I. M., Saidur R., Hepbasli A. and Hossain A., Heat transfer performance and exergy analyses of a corrugated plate heat exchanger using metal oxide nanofluids. International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol. 50, pp. 8-14, 2014.
[6] Kannadasan N., Ramanathan K. and Suresh S., Comparison of heat transfer and pressure drop in horizontal and vertical helically coiled heat exchanger with CuO/water based nano fluids. Experimental Thermal and Fluid Science, Vol. 42, pp. 64-70, 2012.
[7] Akbaridoust F., Rakhsha M., Abbassi A. and Saffar-Avval M., Experimental and numerical investigation of nanofluid heat transfer in helically coiled tubes at constant wall temperature using dispersion model, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 58, No.1-2, pp. 480-491, 2013.
[8] Mirfendereski S., Abbassi A. and Saffar-avval M., Experimental and numerical investigation of nanofluid heat transfer in helically coiled tubes at constant wall heat flux. Advanced Powder Technology, Vol. 26, No.5, pp. 1483-1494, 2015.
[9] Bahrehmand S. and Abbassi A., Heat transfer and performance analysis of nanofluid flow in helically coiled tube heat exchangers. Chemical Engineering Research and Design, Vol. 109, pp. 628-637, 2016.
[10] Bagherzadeh F., Saffar-Avval M., Seyfi M. and Abbassi A., Numerical investigation of nanofluid heat transfer in helically coiled tubes using the four-equation model. Advanced Powder Technology, Vol. 28, No.1, pp. 256-265, 2017.
[11] Mahmoudi M., Tavakoli M. R., Mirsoleimani M. A., Gholami A. and Salimpour M. R., Experimental and numerical investigation on forced convection heat transfer and pressure drop in helically coiled pipes using TiO2/water nanofluid. International Journal of Refrigeration, Vol. 74, pp. 627-643, 2017.
[12] Sundar L. S., Bhramara P., Kumar N. R., Singh M. K. and Sousa A. C., Experimental heat transfer, friction factor and effectiveness analysis of Fe3O4 nanofluid flow in a horizontal plain tube with return bend and wire coil inserts. International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 109, pp. 440-453, 2017.
[13] Sha L., Ju Y., Zhang H. and Wang J., Experimental investigation on the convective heat transfer of Fe3O4/water nanofluids under constant magnetic field. Applied Thermal Engineering, Vol. 113, pp. 566-574, 2017.
[14] Basov S., Experimental Investigation into the Forced Convective Heat Transfer of Aqueous Fe3O4 Nanofluids under Transition Region. Journal of Nanoparticles, Vol. 2013, 2013.
[15] Reddy M. C. S. and Rao V. V., Experimental investigation of heat transfer coefficient and friction factor of ethylene glycol water based TiO2 nanofluid in double pipe heat exchanger with and without helical coil inserts. International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol. 50, pp. 68-76, 2014.
[16] Sundar L. S., Naik M. T., Sharma K. V., Singh M. K. and Reddy T. C. S., Experimental investigation of forced convection heat transfer and friction factor in a tube with Fe3O4 magnetic nanofluid. Experimental Thermal and Fluid Science, Vol. 37, pp. 65-71, 2012.
[17] Priya J. V., Parasuraman K., Anbarasu M. and Balamurugan K., Synthesis and Characterization of Fe3O4 Nanoparticles by Chemical Precipitation Method, An International Research Journal of Nano Science & Technology, Vol. 5, No.4-6, pp. 155-160, 2015.
[18] Maxwell J. C., A treatise on electricity and magnetism: Clarendon press, 1881.
[19] Brinkman H. C., The viscosity of concentrated suspensions and solutions. The Journal of Chemical Physics, Vol. 20, No.4, pp. 571-571, 1952.
[20] Pak B. C. and Cho Y. I., Hydrodynamic and heat transfer study of dispersed fluids with submicron metallic oxide particles. Experimental Heat Transfer an International Journal, Vol. 11, No.2, pp. 151-170, 1998.
[21] Zhang X., Gu H. and Fujii M., Effective thermal conductivity and thermal diffusivity of nanofluids containing spherical and cylindrical nanoparticles. Experimental Thermal and Fluid Science, Vol. 31, No.6, pp. 593-599, 2007.
[22] Jayakumar J. S., Mahajani S. M., Mandal J. C., Iyer K. N. and Vijayan P. K., CFD analysis of single-phase flows inside helically coiled tubes. Computers & chemical engineering, Vol. 34, No.4, pp. 430-446, 2010.
[23] Chandrasekar M., Suresh S., Srinivasan R. and Bose A. C., New analytical models to investigate thermal conductivity of nanofluids. Journal of nanoscience and nanotechnology, Vol. 9, No.1, pp. 533-538, 2009.