مطالعه عددی شار حرارتی بحرانی در جوشش هستهای نانوسیالات هیبریدی
محورهای موضوعی : انتقال حرارت
علیرضا خلیلی
1
(دانشگاه آزاد اسلامی- واحد علوم و تحقیقات)
محمد حسن نوبختی
2
(استادیار، گروه مهندسی مکانیک، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران)
مرتضی خیاط
3
(گروه مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران)
کلید واژه: نانوسیال هیبریدی, جوشش استخری, شار حرارتی بحرانی, سایت هسته‌زایی,
چکیده مقاله :
با توجه به نیاز صنایع به بهبود روش‌های انتقال حرارت، ناحیه جوشش هستهای مورد توجه ویژه محققان قرار دارد چراکه جوشش سیالات امکان دستیابی به شارهای حرارتی بالاتری را نسبت به فرآیندهایی که تنها مبتنی بر انتقال حرارت جابه‌جایی غیر جوششی هستند در دسترس قرار می‌دهد. در این بین، تغییر سیال عامل در سیستم‌های انتقال حرارت جوششی از سیال خالص به نانوسیال موجب بهبود مشخصه‌های انتقال حرارت شده و در نتیجه امکان انتقال شار حرارتی بالاتر در دماهای پایین‌تر را میسر می‌نماید. در نقطه شار حرارتی بحرانی که شار حرارتی ماکزیمم است، بحث امنیت سطح جوشش و محافظت از آن در برابر ازدیاد بیش از حد دما مهم میباشد. هدف از این تحقیق شبیه‌سازی عددی جوشش استخری نانوسیال هیبریدی پایه آب شامل 30% نانولوله کربنی چندجداره و 70 % اکسید تیتانیوم با غلظت حجمی 5/0%، روی سطح دایروی مسی و بررسی مشخصه‌های انتقال حرارتی و به طور ویژه نقطه شار حرارتی بحرانی میباشد. ابتدا فرآیند جوشش آب د‌یونیزه خالص توسط نرم‌افزار انسیس فلوئنت شبیه‌سازی گشته و نتایج با داده‌های تجربی مقایسه شدهاند. با توجه به تطابق قابل قبول نتایج، نانوسیال هیبریدی مذکور به عنوان سیال عامل تحت جوشش، با تغییر چگالی سایت‌های هسته‌زایی به صورت عددی شبیه‌سازی گردیده و مشخصات انتقال حرارت و شار حرارتی آن به دست آمده‌اند. مطابق نتایج، شار حرارتی بحرانی برای آب د‌یونیزه خالص در دمای C° 4/24 اتفاق افتاده و میزان آن در حدود 1/1 مگاوات بر متر مربع بوده در حالی که شار حرارتی بحرانی برای نانوسیال هیبریدی در دمای حدودی C° 13 بوده و مقدار آن در حدود 1مگاوات بر متر مربع میباشد.
Due to the growing need of industries to improve heat transfer methods, the nucleate boiling region is of special interest to researchers because fluid boiling makes it possible to achieve higher heat fluxes than processes that are based only on non-boiling convection heat transfer. In addition, the change of working fluid in boiling heat transfer systems from pure fluid to nanofluid improves the heat transfer characteristics and thus allows the transfer of higher heat flux at lower temperatures. At the critical heat flux point, where the heat flux is maximum, it is important to secure the boiling surface and protect it from overheating. The purpose of this study is to numerically simulate the pool boiling of a water-based hybrid nanofluid containing 30% multi-walled carbon nanotubes and 70% titanium oxide with a volumetric concentration of 0.5% on a polished copper circular surface and to investigate the heat transfer characteristics, especially the critical heat flux point. For this purpose, the boiling process of pure deionized water was first simulated by ANSYS-Fluent software and the results were compared with experimental data. According to the observed acceptable agreement, the mentioned water-based hybrid nanofluid, as boiling working fluid is numerically simulated by changing the density of nucleation sites and its heat transfer and heat flux characteristics are obtained. The results show that the critical heat flux for pure deionized water was occurred at 24.4 °C and is about 1.1 MW per square meter, while the critical heat flux for the hybrid nanofluid was occurred at 13 °C and is about 1 MW per square meter.
_||_