بررسی تأثیر هندسه و نوع نانو سیال در انتقال حرارت درون میکروکانال به‌کمک دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)

هدف این مقاله، مطالعه عددی مشخصه‌های انتقال حرارتی و جریان نانوسیالات درون میکروکانال استوانه‌ای با سطح مقطع‌های مستطیلی، مثلثی و دایره‌ای و همچنین مقایسه سیال پایه آب و دی‌اتیلن ‌گلایکول است. اندازه و شکل این مقطع‌ها تأثیر قابل‌توجهی روی عملکرد گرمایی  و هیدرولیکی مبدل حرارتی میکروکانال دارد. نانوسیالات استفاده ‌شده در این تحقیق شامل آب و دی‌اتیلن ‌گلایکول به‌‌عنوان سیال پایه و نانوذرات شامل  SiO2، Cu، Al2O3  و   CuO است.برای حل مسئله و استخراج داده‌های مورد نیاز یک شبیه‌سازی سه‌بعدی برای میکروکانال با استفاده از نرم‌افزار  ANSYS FLUENT 15.0   انجام شد و تأثیر شکل سطح مقطع جریان سیال و نوع نانو سیالات استفاده ‌شده، روی پارامترهای انتقال حرارت و جریان سیال بررسی شد. از نتایج به‌دست ‌آمده در این تحقیق، مشاهده می‌شود که با افزودن نانوذرات به سیال پایه میزان انتقال حرارت و افت فشار افزایش پیدا می‌کند. همچنین نتایج نشان می‌دهد که کانال‌های مستطیلی بهترین عملکرد را در بین سه هندسه بررسی‌ شده دارا است و بدترین عملکرد مربوط به کانال‌های مثلثی است زیرا میزان ضریب انتقال حرارت جابه‌جایی در کانال‌های مستطیلی و دایره‌ای به‌ترتیب 19/26 و 10/88 درصد بیشتر از کانال‌های مثلثی گزارش شده است و در پایان، سیال پایه دی‌اتیلن ‌گلایکول به‌جای آب در یک دبی یکسان استفاده شد و مشخص شد که عملکرد سیال پایه آب به‌مراتب بهتر از دی‌اتیلن ‌گلایکول است به این ترتیب که ضریب انتقال حرارت جابه‌جایی برای سیال پایه آب در غلظت سه درصد نانوسیال  Al2O3  به‌میزان 80 درصد بیشتر از سیال پایه دی‌اتیلن گلایکول به‌دست آمد. 

Keywords:

Heat transfer , Pressure drop , Heat exchanger , Microchannel , Nanofluids , Modeling , انتقال حرارت , افت فشار , مبدل حرارتی , میکروکانال , نانوسیال , مدل‌سازی