مطالعه عددی تولید آنتروپی برای بررسی برگشت‌ناپذیری جریان نانوسیال در گردآورنده خورشیدی صفحه تخت مجهز به نوار پیچشی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجو کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران

چکیده

در این مقاله، تولید آنتروپی نانوسیال اکسید آلومنیوم-آب در یک گردآورنده خورشیدی صفحه تخت مجهز به نوار پیچشی مورد بررسی قرار گرفته است. نرم افزار تجاری Ansys-Fluent به منظور شبیه‌سازی عددی بهره گرفته شده است. مدل آشتفگی k-ε تحقق‌پذیر برای شبیه سازی جریان آشفته استفاده گردیده است. تحلیل میزان تولید آنتروپی می‌تواند به بهترین طراحی از نظر قانون دوم ترمودینامیک کمک نماید. تاثیرات چیدمان نوار پیچشی و عدد رینولدز، بر تولید آنتروپی اصطکاکی و حرارتی، نمایش داده شده است. با افزایش نسبت قطر و پیچش، انتقال گرما افزایش یافته است. بنابراین تولید آنتروپی حرارتی با افزایش این پارامترها افزایش یافته اما رفتار معکوسی برای تولید آنتروپی اصطکاکی شده است که به علت افزایش گرادیان سرعت می‌باشد. کمترین مقادیر آهنگ تولید آنتروپی حرارتی و اصطکاکی به ترتیب W/m3K13/4748 و W/m3K33/17 به دست آمده است. همچنین، عدد بیجان، با افزایش عدد رینولدز، نسبت قطر و پیچش، کاهش یافته است. بهترین طراحی متعلق به حالتی است که بیشترین راندمان قانون دوم ( حدود 68 درصد) که به ازای بیشترین مقدار نسبت پیچش، قطر و عدد رینولدز رخ داده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]  Balkan F., Application of EoEP Equipartition of entropy production.1 principle with variable heat transfer coefficient in minimizing entropy production in heat exchangers, Energy Conversion and Management, Vol. 46, No. 13, pp. 2134-2144, 2005.
[2]  Cheng X., Liang X., Discussion on the applicability of entropy generation minimization to the analyses and optimizations of thermodynamic processes, Energy Conversion and Management, Vol. 73, pp. 121-127, 2013.
[3]  Kock F., Herwig H., Local entropy production in turbulent shear flows: a high-Reynolds number model with wall functions, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 47, No. 10, pp. 2205-2215, 2004.
[4]  Kock F., Herwig H., Entropy production calculation for turbulent shear flows and their implementation in cfd codes, International Journal of Heat and Fluid Flow, Vol. 26, No. 4, pp. 672-680, 2005.
[5]  Şahin A. Z., Entropy generation in turbulent liquid flow through a smooth duct subjected to constant wall temperature, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 43, No. 8, pp. 1469-1478, 2000.
[6]  Sahin A. Z., Entropy generation and pumping power in a turbulent fluid flow through a smooth pipe subjected to constant heat flux, Exergy, An International Journal, Vol. 2, No. 4, pp. 314-321, 2002.
[7]  Ben-Mansour R., Sahin A. Z., Entropy generation in developing laminar fluid flow through a circular pipe with variable properties, Heat and Mass Transfer, Vol. 42, No. 1, pp. 1-11, 2005.
[8]  Mansour R. Galanis B., N., Nguyen C. T., Dissipation and entropy generation in fully developed forced and mixed laminar convection, International Journal of Thermal Sciences, Vol. 45, No. 10, pp. 998-1007, 2006.
[9]  Guo J., Xu M., Tao Y., Huai X., The effect of temperature-dependent viscosity on entropy generation in curved square microchannel, Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, Vol. 52, pp. 85-91, 2012.
[10]           Şahin A. Z., The effect of variable viscosity on the entropy generation and pumping power in a laminar fluid flow through a duct subjected to constant heat flux, Heat and Mass Transfer, Vol. 35, No. 6, pp. 499-506, 1999.
[11]           Bejan A., Second-Law Analysis in Heat Transfer and Thermal Design, in: Hartnett J. P., Irvine T. F., Advances in Heat Transfer, Eds., pp. 1-58: Elsevier, 1982.
[12]           Bejan A., Advanced Engineering Thermodynamics, Wiley, New York, 1988.
[13]           Bejan A., Entropy Generation Minimization, CRC Press, New York, 1996.
[14]           Nag P. K., Kumar N., Second law optimization of convective heat transfer through a duct with constant heat flux, International Journal of Energy Research, Vol. 13, No. 5, pp. 537-543, 1989.
[15]           Choi S., Developments and applications of non-Newtonian flows. American Society of Mechanical Engineers, New York, pp. 99-105, 1995.
[16]            زمزمیان ا. تاجیک م. ایمانی ا.، بررسی تجربی کاربرد نانوسیالات در گردآورنده‌های خورشیدی صفحه تخت. مجلۀ مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، د. 46، ش. 2، ص 41-49، 1395.
[17]            صدقی‌نسب ا. اشجاری‌اقدم م‌ع. محمدپورفرد م.، مطالعه عددی تأثیر نانو سیال بر انتقال حرارت جابجایی جریان آرام و آشفته در لوله‌های مستقیم و U شکل. مجلۀ مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، د. 46، ش. 4، ص 305-309، 1395.
[18]            ابراهیم‌نیا بجستان ا. نیازمند ح.، بررسی اثر نانوسیالات در لوله‌های خمیده جهت بهبود انتقال حرارت مبدل‌های حرارتی. مجلۀ مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، د. 40، ش. 1، ص 1-18، 1389.
[19]            جهانبخشی ا. احمدی ندوشن ا.، بررسی انتقال حرارت جابجایی نانوسیال در کانال مربعی با لوله صلب میانی و صفحه نگهدارنده. مجلۀ مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، د. 46، ش. 4، ص 59-68، 1395.
[20]            حسینی م. قاسمی ب. رئیسی ا.، جابجایی طبیعی نانوسیال در یک محفظه مثلثی با تیغه گرمازا. مجلۀ مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، د. 47، ش. 2، ص 59-67، 1396.
[21]           Bejan A., Turbulent Boundary Layer Flow, in: Convection Heat Transfer, Eds., pp. 320-368: John Wiley & Sons, Inc., 2013.
[22]           ANSYS® Academic research, release 18.1, ANSYS FLUENT, Theory Guide, ANSYS, Inc.
[23]           Versteeg H. K., Malalasekera W., An Introduction to Computational Fluid Dynamics: The Finite Volume Method, second ed., Pearson/Prentice Hall, Harlow, England, 2007.
[24]           Shih T.-H., Liou W. W., Shabbir A., Yang Z., Zhu J., A new k-ϵ eddy viscosity model for high Reynolds number turbulent flows, Computers & Fluids, Vol. 24, No. 3, pp. 227-238, 1995.
[25]           Menter F. R., Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications, AIAA journal, Vol. 32, No. 8, pp. 1598-1605, 1994.
[26]           Hasan M. I., Rageb A. M. A., Yaghoubi M., Investigation of a Counter Flow Microchannel Heat Exchanger Performance with Using Nanofluid as a Coolant, Journal of Electronics Cooling and Thermal Control, Vol.2 No. 3, pp. 35-43, 2012.
[27]           Al-Rashed A. A. A. A., Kolsi L., Hussein A. K., Hassen W., Aichouni M., Borjini M. N., Numerical study of three-dimensional natural convection and entropy generation in a cubical cavity with partially active vertical walls, Case Studies in Thermal Engineering, Vol. 10, pp. 100-110, 2017.
[28]           Bejan A., Entropy generation through heat and fluid flow, John Wiley & Sons, New York, 1982.
[29]           Zimparov V., Extended performance evaluation criteria for enhanced heat transfer surfaces: heat transfer through ducts with constant heat flux, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 44, No. 1, pp. 169-180, 2001.
[30]           Sonntag R. E., Borgnakke C., Wylen G. J. V., and Wylen G. J. Van., Fundamentals of Thermodynamics. New York: Wiley, 1998.
Kim D., Kwon Y., Cho Y., Li C., Cheong S., Hwang Y., Lee J., Hong D., Moon S., Convective heat transfer characteristics of nanofluids under laminar and turbulent flow conditions, Current Applied Physics, Vol. 9, No. 2, Supplement, pp. 119-123, 2009.