بررسی عددی اثر هندسه مقطع لوله مارپیچ و نانوذرات بر تولید آنتروپی و انتقال حرارت در جریان نانوسیال

در این مقاله ، به بررسی جریان و انتقال حرارت نانوسیال در داخل لوله مارپیچ با مقاطع مختلف پرداخته خواهد شد و اهداف ذیل در این کار محقق میگردد:اثر کسر حجمی نانوسیال بر میزان انتقال حرارت و ضریب انتقال حرارت ، تاثیر مقطع لوله مارپیچ بر ضریب انتقال حرارت، افت فشار و ضریب اصطکاک و همچنین تولید آنتروپی مورد بررسی قرار گرفته است.برای رسم مقاطع لوله های مارپیچ فرض شده است که محیط مقطع لوله ثابت باشد تا بتوان تاثیر شکل های مختلف مقطع را بر انتقال حرارت و افت فشار بررسی کرد.ابتدا دو لوله مارپیچ با سطح مقطع جدید معرفی شده اند که سطح خارجی دو لوله با هم برابر میباشد و سپس نتایج حاصل از حل عددی آنها با یک لوله مارپیچ دایروی که دارای سطح جداره یکسانی با آن دو میباشد، مقایسه شده است.نتایج حاصل از شبیه سازی حاکی از این است که تغییر سطح مقطع ورودی لوله باعث افزایش آشفتگی جریان و در نتیجه افزایش آنتروپی تولیدی سیستم شده که سبب افزایش میزان انتقال حرارت را تا 11 درصد میگردد.همچنین با توجه به افزایش میزان آشفتگی در داخل لوله، ضریب اصطکاک حدود 4 درصد افزایش مییابد.با مقایسه نتایج حاصل از حل عددی در 3 کویل مختلف، مشاهده شد که کویل شماره 2 باعث افزایش بیشتر انتقال حرارت میگردد و از این رو به عنوان کویل مناسب انتخاب گردید.سپس جریان نانوسیال در کسرهای حجمی مختلف در کویل شماره 2 حل شد و مشاهده گردید که در کسر های حجمی 1 و 3 درصد میزان انتقال حرارت به میزان 8 درصد افزایش مییابد. پس به طور کلی میتوان نتیجه گرفت:❖ پیچیده تر شدن شکل مقطع لوله باعث افزایش آشفتگی جریان و افزایش آنتروپی تولیدی میگردد.❖ هندسه کویل شماره 2 عملکرد بهتری از نظر انتقال حرارت نسبت به کویل های شماره 1 و 3 دارد.❖ با تغییر هندسه مقطع لوله میتوان تا 11 درصد میزان انتقال حرارت را افزایش داد.❖ با افزودن 3 درصد نانوسیال ، به مقدار 8 درصد، دمای سیال در خروجی لوله بیشتر میگردد.❖ با افزایش کسر حجمی به 1 و 3 درصد، میزان ضریب اصطکاک و افت فشار به ترتیب حدود 2 تا 5 درصد افزایش می یابد.

Keywords:

نانو سیال , لوله مارپیچ , انتقال حرارت , آنتروپی , ضریب اصطکاک , افت فشار