پژوهش تجربی بهبود انتقال انرژی گرمایی در اثر تعلیق نانو ذرات داخل سیال عامل انتقال گرما

Subject Areas : Journal of Simulation and Analysis of Novel Technologies in Mechanical Engineering

ارش  کریم پور ¹ (استادیار، گروه مهندسی مکانیک، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران.)
داود  طغرایی ² (مدرس دانشگاه، عضو هیت علمی دانشگاه ازاد اسلامی خمینی شهر، ریاست دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه ازاد خمینی شهر)
امید علی  اکبری ³ (باشگاه پژوهشگران جوان و نخبگان، واحد خمینی شهر، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد خمینی شهر، ایران.)
مجید  زرین قلم ⁴ (دانشجوی دکتری، گروه مهندسی مکانیک، واحد تهران جنوب، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.)
غلامرضا  احمدی شیخ شبانی ⁵ (باشگاه پژوهشگران جوان و نخبگان، واحد خمینی شهر، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد خمینی شهر، ایران.)

Received: 2015-11-05 Accepted : 2016-01-25 Published : 2016-07-22

Keywords: نانوسیال, بهبود انتقال انرژی گرمایی, مبدل حرارتی,

Abstract :

در کاربردهای مهندسی انتقال حرارت سیالات از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است، بنابراین مهندسان و پژوهشگران، روش‌های متعددی را به منظور افزایش انتقال حرارت پیشنهاد کردند. در سال‌های اخیر روش‌های نوینی به کار گرفته شده ‌است. یکی از این روش‌ها استفاده ازنانو‌سیالات است. نانو‌سیالات دارای خواص گرمایی مطلوبی نسبت به سیال پایه می‌باشند. در این تحقیق تاثیر تعلیق نانوذرات اکسید مس داخل سیال عامل آب با کسر حجمی 005/0(5/0%)، تحت رژیم جریان مغشوش در داخل مبدل حرارتی دو لوله‌ای جریان مخالف مورد بررسی قرار می‌گیرد و مشاهده می‌شود که تعلیق این میزان از نانو ذرات اکسید مس در داخل سیال پایه آب، منجر به بهبود قابلیت انتقال انرژی گرمایی این سیال عامل از سیستم می‌گردد. همچنین از سوی دیگر؛ تعلیق نانو ذرات منجر به افزایش افت فشار و ضریب اصطکاک سیال پایه نیز می گردند، اما محاسبات انجام شده نشان می‌دهند که تاثیرات مثبت استفاده از این میزان نانو ذرات معلق در آب بر بهبود انتقال گرما از سیستم؛ نسبت به تاثیرات منفی آنها بر افزایش افت فشار و ضریب اصطکاک غلبه می‌کند که این نتایج، محققان را به سوی استفاده از این نانو سیال به عنوان سیال عامل در کاربردهای عملی رهنمون می‌سازد.

References:

[1]  Masuda H., Ebata A., Teramae K., Hishinuma N., Alternation of thermal conductivity and viscosity of liquid by dispersing ultra-fine particles (Dispersion of g-Al2O3, SiO2, and TiO2 ultra-fine particles), Netsu Bussei, Vol 7, 1993, pp 227–233

[2]   Choi, S.U.S., Enhancing thermal conductivity of fluids with nanoparticles, The Proceedings of the 1995 ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition, San Francisco, USA, ASME, FED, 231/MD,Vol 66, 1995, pp99–105

[3]   Pak, B.C., and Cho, Y., Hydrodynamic and heat transfer study of dispersed fluids with submicron metallic oxide particle, Experimental Heat Transfer, 11 (1998) 151–170.

[4]   Xuan, Y., and Li, Q., Investigation on convective heat transfer and flow features of nanofluids, Journal of Heat Transfer, 125 (2003) pp 151–155.

[5]   Wen, D., and Ding, Y., Experimental investigation into convective heat transfer of nanofluid at the entrance region under laminar flow conditions, International Journal of Heat and Mass Transfer, 47 (2004) pp 5181–5188.

[6]   Heris, S.Z., Etemad, S.G., Esfahany, M.N., Experimental investigation of oxide nanofluids laminar flow convective heat transfer, Int. Commun. Heat Mass Transfer, 33 (2006) 529.

[7]   Heris, S.Z., Esfahany, M.N., Etemad, S.G., Experimental investigation of convective heat transfer of Al2O3/Water nanofluid in circular tube, Int. J. Heat Fluids Flow, 28 (2) (2007) 203.

[8]   Duangthongsuk, W., and Wongwises, S., Heat transfer enhancement and pressure drop characteristics of TiO2–Water nanofluid in a double-tube counter flow heat exchanger, International Journal of Heat and Mass Transfer, 52 (2008) pp 2059–2067.

[9]   Fotukian, S.M., and Nasr Esfahany M., Experimental study of turbulent convective heat transfer and pressure drop of diluteCuO/Water nanofluid inside a circular tube, International Communications in Heat and Mass Transfer, 37 (2010) pp 214–219.

[10]             Amrollahi, A., Rashidi, A.M., Lotfi, R., EmamiMeibodi, M., Kashefi, K., Convection heat transfer of functionalized MWNT in aqueous fluids in laminar andturbulent flow at the entrance region, International Communications in Heat and Mass Transfer, 37 (2010) 717–723.

[11]              Hashemi, S.M., and Akhavan-Behabadi, M.A., An empirical study on heat transfer and pressure drop characteristics of CuO–base oilnanofluid flow in a horizontal helically coiled tube under constant heat flux, International Communications in Heat and Mass Transfer, 39 (2012) pp 144–151.

[12]              Hojjat, M., Etemad, S.Gh., Bagheri, R., Thibault,Convective heat transfer of non Newtonian nanofluids througha uniformly heated circular tube, International Journal of Thermal Sciences, 50 (2011) pp 525-531.

[13]             Kayhani, M.H., Soltanzadeh, H., Heyhat, M.M., Nazari, M., Kowsary, F. Experimental study of convective heat transfer and pressure drop ofTiO2/Water nanofluid, International Communications in Heat and Mass Transfer, 39 (2012) pp 456–462.

[14]             SyamSundar, L., Ravi Kumar, N.T., Naik, M.T., Sharma, K.V., Effect of full length twisted tape inserts on heat transfer and frictionfactor enhancement with Fe3O4 magnetic nanofluid inside a plain tube:An experimental study, International Journal of Heat and Mass Transfer, 55 (2012) pp 2761–2768.

[15]              Blasius, H., Grenzschichten in Flussigkeitenmitkleiner Reibung (German), Z. Math. Phys, 56 (1908) pp 1–37.

[16]             Fakoor Pakdaman, M., Akhavan-Behabadi, M.A., Razi, P., An experimental investigation on thermo-physical properties and overallperformance of MWCNT/heat transfer oil nanofluid flow inside verticalhelically coiled tubes, Experimental Thermal and Fluid Science, 40 (2012) pp 103–111.

[17]             Abbasian Arani, and A.A., Amani, J., Experimental investigation of diameter effect on heat transfer performance and pressure drop of TiO2–Water nanofluid, Experimental Thermal and Fluid Science, 44 (2013) pp 520–533.