تحلیل عددی جریان و انتقال حرارت نانوسیال در یک مبدل حرارتی با آرایش های مختلف پره های آشفته ساز

تاثیر استفاده از پره های زاویه دار در یک مبدل حرارتی دایره ای شکل با استفاده از انواع مختلف نانوسیال، به صورت عددی مورد مطالعه قرار گرفته است. معادلات پیوستگی، مومنتوم و انرژی با استفاده از روش حجم محدود حل شده است. دیواره لوله با شرایط مرزی شار حرارتی یکنواخت حرارت داده می شود. در این مطالعه از دو چیدمان مختلف جهت قراردادن پره زاویه دار (رو به جلو و رو به عقب) و عدد رینولدز در محدوده ۱۰۰۰۰ تا ۳۰۰۰۰ استفاده شده است. اثرات مختلف زوایای شیب و گام های آشفته ­ساز آجدار برای سه نوع نانوذره مختلف Al۲O۳ ،CuO  و  ZnO با کسرهای حجمی مختلف در بازه ۱ تا ۴ درصد و قطرهای مختلف نانوذره در محدوده ۲۰ تا ۵۰ نانومتر که در یک سیال پایه (آب) مخلوط شده اند، استفاده شده است. نتایج حل عددی نشان می دهد که چیدمان آشفته ­ساز آجدار رو به جلو با تعداد ۴ پره و تحت زاویه شیب ۹۰ درجه می­تواند انتقال حرارت را تقریبا با ۷۷ درصد در پایین ­ترین زاویه شیب (۱۰ درجه) و  بیشترین گام (۵۰ میلیمتر) بهبود بخشد. حداکثر ضریب اصطکاک، حدودا ۷/۵ برابر لوله صاف است و مقدار معیار ارزیابی عملکرد در بازه ۳۴/۱ تا ۵۷/۱ قرار دارد. همچنین مشخص گردیده است که نانوسیال Al۲O۳ بیشترین مقدار عدد ناسلت را دارا می­باشد و پس از آن ZnO و CuO قرار دارند در حالیکه آب خالص کمترین عدد ناسلت را دارد. همچنین عدد ناسلت با کاهش قطر نانوذره و افزایش کسر حجمی نانوذرات افزایش می­ یابد، در حالیکه در قطرهای مختلف نانو ذرات Al۲O۳، ضریب اصطکاک تاثیر چندانی نمی ­گذارد.

Keywords:

Turbulator , Nanofluid , Nusselt number , Friction Factor , Thermal conductivity coefficient , آشفته ساز , نانوسیال , عدد ناسلت , ضریب اصطکاک , ضریب هدایت حرارتی