ارزیابی عملکرد مبدل حرارتی لوله مارپیچ و لوله مستقیم با استفاده ازنانو سیال هیبریدی

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران

3 استادیار، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد شهرضا، شهرضا، ایران

10.22044/jsfm.2020.7678.2753

چکیده

در این پژوهش مقایسه انتقال حرارت مبدل حرارتی لوله مارپیچ و لوله مستقیم با استفاده از نانو سیال هیبریدی در جریان مغشوش به صورت تجربی پرداخته شده است. نانو سیال مورد استفاده در این پژوهش متشکل از مخلوط نانو ذره اکسید تیتانیوم، اکسید سیلیسیم و اکسید منیزیم با قطر متوسط (30-20 نانومتر) در سیال پایه آب در محدوده دمایی بین 60-30 درجه سانتی گراد می‌باشد. نانو ذرات در محدوده کسرهای حجمی 25/0، 5/0، 75/0و 1 درصد استفاده شده است. نتایج حاصل نشان داد که عدد ناسلت، با افزایش عدد رینولدز و کسر حجمی در لوله مارپیج نسبت به لوله مستقیم به طور متوسط %6/6 درصد افزایش پیدا کرد. همچنین نتایج که به صورت اختلاف دما گزارش شده است، استفاده از نانو ذرات مذکور در لوله مارپیچ نسبت به لوله مستقیم در کسر حجمی %25/0 و دمای60 درجه سانتی گراد %6/37 افزایش دارد. درصد افزایش اختلاف دمای بهینه نانوسیال هیبریدی در لوله مارپیچ در کسر حجمی %25/0 و دمای 60 درجه سانتی گراد می باشد که نسبت به سیال پایه افزایش 10 درصدی و در لوله مستقیم در کسر حجمی %75/0 و دمای 60 درجه سانتی گراد نسبت به سیال پایه باعث افزایش 6 درصدی اختلاف دما می شود.

کلیدواژه‌ها


[1] Kakac S, Bergles AE, Mayinger F, Yuncu H (eds) (2013) Heat transfer enhancement of heat exchangers.  Springer  Science and  Business Media 355.

[2] Choi SUS (1995) Enhancing conductivity of fluids with nanoparticles. ASME Fluid Eng, Division 231: 99-105.

[3] Coronel P, Sandeep KP (2008) Heat transfer coefficient in helical heat exchangers under turbulent flow conditions. Int J Food Eng 4(1).

[4] Jayakumar JS, Mahajani SM, Mandal JC, Iyer KN, Vijayan PK (2010) CFD analysis of single-phase flows inside helically coiled tubes. Comput Chem Eng 34(4): 430-446.

[5] Xie H, Li Y, Yu W (2010) Intriguingly high convective heat transfer enhancement of nanofluid coolants in laminar flows. Phys Lett A 374(25): 2566-2568.

[6] Farajollahi B, Etemad SG, Hojjat M (2010) Heat transfer of nanofluids in a shell and tube heat exchanger. Int J Heat Mass Transf 53(1-3): 12-17.

[7] Narrein K, Mohammed HA (2013) Influence of nanofluids and rotation on helically coiled tube heat exchanger performance. Thermochim Acta 564: 13-23.

 [8] امانی ج، عباسیان آرانی ع ا (1393) مطالعه تجربی انتقال حرارت و افت فشار نانوسیال آب-اکسید تیتانیوم. نشریه علمی پژوهشی امیرکبیر 88-79 :(1)46.

[9] Darzi AR, Farhadi M, Sedighi K (2013) Heat transfer and flow characteristics of AL2O3–water nanofluid in a double tube heat exchanger. Int J Heat Mass Transf 47: 105-112.

[10] Kahani M, Heris SZ, Mousavi SM (2013) Effects of curvature ratio and coil pitch spacing on heat transfer performance of Al2O3/water nanofluid laminar flow through helical coils. J Dispers Sci Technol 34(12): 1704-1712.

[11] Kahani M, Heris SZ, Mousavi SM (2013) Comparative study between metal oxide nanopowders on thermal characteristics of nanofluid flow through helical coils. Powder Technol 246: 82-92.

[12] Aly WI (2014) Numerical study on turbulent heat transfer and pressure drop of nanofluid in coiled tube-in-tube heat exchangers. Energ Convers Manage 79: 304-316.

[13] Rakhsha M, Akbaridoust F, Abbassi A, Majid SA (2015) Experimental and numerical investigations of turbulent forced convection flow of nano-fluid in helical coiled tubes at constant surface temperature. Powder Technol 283: 178-189.

[14] Doshmanziari FI, Zohir AE, Kharvani HR, Jalali-Vahid D, Kadivar MR (2016) Characteristics of heat transfer and flow of Al2O3/water nanofluid in a spiral-coil tube for turbulent pulsating flow. Int J Heat Mass Transf 52(7): 1305-1320.

[15] Mahmoudi M, Tavakoli MR, Mirsoleimani MA, Gholami A, Salimpour MR (2017) Experimental and numerical investigation on forced convection heat transfer and pressure drop in helically coiled pipes using TiO2/water nanofluid. Int J Refrig 74: 627-643.

[16] Nield DA, Kuznetsov AV (2009) The Cheng–Minkowycz problem for natural convective boundary-layer flow in a porous medium saturated by a nanofluid. Int J Heat Mass Transf 52(25-26): 5792-5795.

[17] Pak BC, Cho YI (1998) Hydrodynamic and heat transfer study of dispersed fluids with submicron metallic oxide particles. Exp Heat Transf 11(2): 151-170.

[18] Xuan Y, Roetzel W (2000) Conceptions for heat transfer correlation of nanofluids. Int J Heat Mass Transf 43(19): 3701-3707.

[19] Brinkman HC (1952) The viscosity of concentrated suspensions and solutions. J Chem Phys 20(4): 571-571.

[20] Wasp E,  Kenny J, Gandhi R (1999) S.1.S.P. Transportation, Bulk Materials Handling. Trans Tech Publications, Germany.

[21] Shah RK, Sekulic DP (2003) Fundamentals of heat exchanger design. John Wiley & Sons.

[22] Patil RK, Shende BW, Ghosh PK (1982) Designing a helical-coil heat exchanger. Chem Eng 92(24): 85-88.

[23] Shah RK, Sekulic DP (2003) Fundamentals of heat exchanger design. John Wiley & Sons.

[24] Young Hugh D (1962) Statistical treatment of experimental data.126-132.

[25] Holman JP (1989) Experimental models for engineers. 5th edn. McGraw-Hill, New York.