بررسی تغییرات هیدرودینامیکی-حرارتی یک نانوسیال در یک لولۀ مجهز به نوار پیچشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی مکانیک

2 پژوهشکده انرژی

چکیده

انرژی حرارتی یکی از موارد مهم در اکثر صنایع است؛ زیرا تبدیل انرژی سوخت‌های فسیلی به انرژی حرارتی، تقریباً در تمام صنایع مرسوم رخ می‌دهد. ازاین‌رو و با توجه به کمبود منابع فسیلی و آلودگی روزافزون محیط‌زیست انسان، توجه به استفادۀ صحیح از انرژی حرارتی باید مورد توجه محققان قرار گیرد. در سال‌های اخیر، توجه به استفاده از فناوری‌های جدید در افزایش بازده سیستم‌های حرارتی از جمله مبدل‌های حرارتی، گسترش یافته است. از جمله این فناوری‌ها که مورد توجه مقالۀ حاضر است، استفادۀ همزمان از نانوسیالات و نیز نوارهای پیچشی جای‌گرفته درون لولۀ مبدل حرارتی است. در مطالعۀ عددی حاضر برای اولین بار از یک شبیه‌سازی عددی دوفازی اویلری-لاگرانژی در این هندسه، به‌منظور رفع کاستی‌های مطالعات تک‌فاز پیشین استفاده شده است. اثرات متغیرهای مستقلی چون کسر حجمی نانوذرات و عدد رینولدز و متغیرهای ساختاری نوار پیچشی همچون لقی و نسبت پیچش بر انتقال حرارت و ضریب اصطکاک بررسی شده‌اند. نتایج نشان داد جز رینولدز، سایر متغیرها اثرات کیفی یکسانی بر انتقال حرارت و ضریب اصطکاک دارند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Naik, M. T., Janardana, G. R., & Sundar, L. S., "Experimental Investigation of Heat Transfer and Friction Factor with Water–propylene glycol based CuO Nanofluid in a Tube with Twisted Tape inserts", International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol. 46, pp.13-21, 2013. [2] Naik, M. T., Fahad, S. S., Sundar, L. S., & Singh, M. K., "Comparative Study on Thermal Performance of Twisted Tape and Wire Coil inserts in Turbulent Flow using CuO/water Nanofluid", Experimental Thermal and Fluid Science, Vol. 57, pp. 65-76, 2014. [3] Azmi, W. H., Sharma, K. V., Mamat, R., & Anuar, S., "Turbulent Forced Convection Heat Transfer of Nanofluids with Twisted Tape insert in a Plain Tube", Energy procedia, Vol. 52, pp. 296-307, 2014. [4] Prasad, P. D., Gupta, A. V. S. S. K. S., & Deepak, K., "Investigation of Trapezoidal-Cut Twisted Tape Insert in a Double Pipe U-Tube Heat Exchanger using Al2O3/Water Nanofluid", Procedia Materials Science, Vol. 10, pp. 50-63, 2015. [5] Khoshvaght-Aliabadi, M., & Eskandari, M., "Influence of Twist Length Variations on Thermal–Hydraulic Specifications of Twisted-Tape inserts in Presence of Cu–water Nanofluid", Experimental Thermal and Fluid Science, Vol. 61, pp. 230-240, 2015. [6] Khoshvaght-Aliabadi, M., Shabanpour, H., Alizadeh, A., & Sartipzadeh, O., "Experimental Assessment of Different Inserts inside Straight Tubes: Nanofluid as Working Media." Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, Vol. 97, pp. 1-11, 2015. [7] Azmi, W. H., Sharma, K. V., Sarma, P. K., Mamat, R., Anuar, S., & Sundar, L. S., "Numerical Validation of Experimental Heat Transfer Coefficient with SiO2 Nanofluid Flowing in a Tube with Twisted Tape Inserts", Applied Thermal Engineering, Vol. 73, No. 1, pp. 296-306, 2014. [8] Eiamsa-ard, S., & Kiatkittipong, K., "Heat Transfer Enhancement by Multiple Twisted Tape Inserts and TiO2/Water Nanofluid", Applied Thermal Engineering, Vol. 70, No. 1, pp. 896-924, 2014. [9] Eiamsa-ard, S., Kiatkittipong, K., & Jedsadaratanachai, W., "Heat Transfer Enhancement of TiO2/Water Nanofluid in a Heat Exchanger Tube Equipped with Overlapped Dual Twisted-Tapes", Engineering Science and Technology, an International Journal, Vol. 18, No. 3, pp. 336-350, 2015. [10] Behzadmehr, A., Saffar-Avval, M., & Galanis, N., "Prediction of Turbulent Forced Convection of a Nanofluid in a Tube with Uniform Heat Flux using a Two Phase Approach", International Journal of Heat and Fluid Flow, Vol. 28, No. 2, pp. 211-219, 2007. [11] He, Y., Men, Y., Zhao, Y., Lu, H., & Ding, Y., "Numerical Investigation into the Convective Heat Transfer of TiO2 Nanofluids Flowing through a Straight Tube under the Laminar Flow Conditions", Applied Thermal Engineering, Vol. 29, No. 10, pp. 1965-1972, 2009. [12] Fard, M. H., Esfahany, M. N., & Talaie, M. R., "Numerical Study of Convective Heat Transfer of Nanofluids in a Circular Tube Two-phase Model versus Single-phase Model." International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol. 37, No. 1, pp. 91-97, 2010. [13] Patankar, S. V., "Numerical Heat Transfer and Fluid Flow", John Wiley and Sons, 1984. [14] Van Doormaal, J. P., & Raithby, G. D., "Enhancements of the SIMPLE Method for Predicting Incompressible Fluid Flows", Numerical heat transfer, Vol. 7, No. 2, pp. 147-163, 1984. [15] Ounis, H., Ahmadi, G., & McLaughlin, J. B., "Brownian Diffusion of Submicrometer Particles in the Viscous Sublayer", Journal of Colloid and Interface Science, Vol. 143, No.1, pp. 266-277, 1991. [16] Saffman, P. G. T., "The Lift on a Small Sphere in a Slow Shear Flow", Journal of fluid mechanics, Vol. 22, No.2, pp. 385-400, 1965. [17] Talbot, L., Cheng, R. K., Schefer, R. W., & Willis, D. R.,"Thermophoresis of Particles in a Heated Boundary Layer", Journal of Fluid Mechanics, Vol. 101, No. 04, pp. 737-758, 1980. [18] Ranz, W. E., "Evaporation from Drops: Part II", Chem. Engng. Prog. Vol. 48, pp. 173-180, 1952. [19] Bejan, A., "Convective Heat Transfer", Third ed. New Jersey: John Wiley & Sons, Inc., 2004. [20] Ansys Team, "Fluent Ansys. 12.0 User’s guide", User Inputs for Porous Media 6, 2009. [21] Nguyen, V. B., Nguyen, Q. B., Zhang, Y. W., Lim, C. Y. H., & Khoo, B. C., "Effect of Particle Size on Erosion Characteristics", Wear, Vol. 348, pp. 126-137, 2016. [22] Sundar, L. S., & Sharma, K. V., "Turbulent Heat Transfer [23] and Friction Factor of Al2O3 Nanofluid in Circular Tube with Twisted Tape Inserts", International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 53, No. 7, pp. 1409-1416, 2010. [24] کاظمی، خدیجه، شیخ‌زاده، قنبرعلی، نظیفی‌فرد، محمد، مداحیان، رضا، شبیه‌سازی عددی دوفازی نانوسیال در یک لوله با نوار چرخان: انتخاب مدل آشفتگی مناسب، هفدهمین کنفرانس دینامیک شاره‌ها FD2017، شاهرود، دانشگاه صنعتی شاهرود، 5-7 شهریور 1396. [25] Kumar, N. R., Bhramara, P., Addis, B. M., Sundar, L. S., Singh, M. K., & 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. [26] Kheradmand, S., Esmailian, M., & Fatahy, A., "Numerical Simulation of the Combination Effect of External Magnetic Field and Rotating Workpiece on Abrasive Flow Finishing", Journal of Mechanical Science and Technology, Vol. 31, No. 4, pp. 1835-1841, 2017. [27] Promvonge, P., "Thermal Augmentation in Circular Tube with Twisted Tape and Wire Coil Turbulators", Energy Conversion and Management, Vol. 49, No.11, pp. 2949-2955, 2008. [28] Wongcharee, K., & Eiamsa-Ard, S., "Enhancement of Heat Transfer using CuO/Water Nanofluid and Twisted Tape with Alternate Axis", International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol. 38, No .6, pp. 742-748, 2011.