بررسی عددی تاثیر آشوبگرهای مخروطی شکل ناقص بر بهبود انتقال حرارت مبدل های حرارتی لوله ای با نانوسیال آب/اکسید زیرکونیوم

با توجه به اهمیت بهبود انتقال حرارت در مبدل های حرارتی، تاثیر استفاده همزمان از آشوبگرها و همچنین نانوذرات اکسید زیرکونیوم بر انتقال حرارت مبدل حرارتی لوله ای به صورت عددی مورد مطالعه قرار می گیرد. بدین منظور، در ابتدا یک نوع جدید آشوبگر مخروطی شکل ناقص دارای دو ردیف موازی سوراخ بر روی آن ارائه شده است. سپس، با استفاده از روش دینامیک سیالات محاسباتی معادلات انتقال حرارت در محدوده اعداد رینولدز ۴۰۰۰ تا ۲۴۰۰۰ و همچنین میزان نانوذرات اکسید زیرکونیوم از ۰.۰۱% تا ۰.۲% حل شده است. به منظور افزایش دقت مدل سازی، نانوسیال به صورت دوفازی شبیه سازی شده است. اثر پارامترهایی نظیر تعداد آشوبگرها، تعداد سوراخ های آن و کسرحجمی نانوذرات و بر روی میدان جریان، عدد ناسلت میانگین، فاکتور اصطکاک و ضریب عملکرد حرارتی بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که استفاده از آشوبگرهای سوراخ دار در مسیر جریان منجر به تغییرات قابل ملاحظه ای در مشخصه ها ی جریان و انتقال حرارت می شود. آشوبگرهای مخروطی سوراخ دار با ایجاد جریان های گردشی مجدد و جدایشی در حضور نانوسیال باعث بهبود انتقال حرارت در نتیجه برهم زدن لایه مرزی حرارتی و ایجاد ختلال بیشتر در جریان سیال در طول مبدل حرارتی لوله ای می شود. آشوبگرهای ارائه شده در این تحقیق در  صورت تعیین مناسب پارامترها می تواند عملکرد حرارتی را تا ۷۶ درصد نسبت به لوله صاف افزایش دهند. حداکثر ضریب عملکرد حرارتی برابر ۱.۷۶ در حالت M=۱، N=۱ و Re=۴۰۰۰ به دست آمده است.

Keywords:

Incomplete conical agitators , zirconium oxide nanoparticles , two-phase model , heat transfer , thermal performance coefficient. , آشوبگرها مخروطی ناقص , نانوذرات اکسید زیرکونیوم , مدل دوفازی , انتقال حرارت , ضریب عملکرد حرارتی.