بررسی تجربی انتقال حرارت جریان نانوسیال آب/TiO2 در لوله افقی با نوار پیچه تحت شرایط دمای ثابت دیواره

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی اصفهان، دانشکده مهندسی مکانیک

2 دانشیار، دانشگاه صنعتی اصفهان، دانشکده مهندسی مکانیک

3 کارشناس ارشد هوافضا، شرکت پالایش گاز ایلام

4 کارشناس شرکت پالایش گاز ایلام

چکیده

یکی از روشهای افزایش انتقال حرارت، استفاده از نوار پیچه است که با افزایش سطح انتقال حرارت در حجم ثابت و همچنین اختلاط بیشتر جریان، انتقال حرارت را بهبود می بخشد. در تحقیقات گذشته، اثر نانوسیال با نوار پیچه بررسی نشده است. در این تحقیق به ارزیابی عملکرد نانوسیال آب/TiO2 در مبدل حرارتی و با استفاده از نوار پیچه پرداخته شده است. عوامل بررسی شده شامل تاثیر گام نوار پیچه، دبی و غلظت‌های مختلف نانوسیال هستند. همچنین بررسی‌ها برای شرط مرزی دمای ثابت دیواره لوله انجام شده و محدوده عدد رینولدز 3000-22000 انتخاب شده است. آزمایش‌ها برای محدوده غلظت درصد حجمی انجام شد. نتایج نشان داد که افزودن نانوذرات باعث افزایش انتقال گرما می‌شود. همچنین با کاهش گام پیچش نوار کارگذاری شده نیز نتیجه مشابهی بدست می‌آید. بیشترین مقدار این افزایش، حدود 45/103 درصد است که مربوط به غلظت 5/0 درصد حجمی نانوسیال و با کارگذاری نوار پیچه با گام (H/D=5) می باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Choi SUS (1995) Developments and applications of non-Newtonian flows. ASME FED 66: 99-105.

[2] Masuda H, Ebata A, Teramae K, Hishinuma N (1993) Alteration of thermal conductivity and viscosity of liquid by dispersing ultra-fine particles (dispersions of γ-Al2O3, SiO2, and TiO2 ultra-fine particles). Netsu Bussei: Japan 4(4): 227.

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

[4] Batchelor GK (1977) The effect of Brownian motion on the bulk stress in a suspension of spherical particles. J Fluid Mech 83(01): 97-117.

[5] Duangthongsu W, Wongwises S (2009) Measurement of temperature-dependent thermal conductivity and viscosity of TiO2-water nanofluids. Exp Therm Fluid Sci 33: 706–714.

[6] Bergles AE (1993) Techniques to augment heat transfer, in: W.M. Rohsnow et al. (Eds.), Hand Book of Heat Transfer Applications. 2nd Edition.

[7] Manglik RM, Bergles AE (1993) Heat transfer and pressure drop correlations for twisted tape inserts in isothermal tubes: Part I—Laminar flows, J Heat Trans T ASME 115(1993): 881–889.

[8] Manglik RM, Bergles AE (1993) Heat transfer and pressure drop correlations for twisted tape inserts in isothermal tubes: Part II—Transition and turbulent flows. J Heat Trans T ASME 115(1993): 890–896.

[9] Sarma PK, Subramanyam T, Kishore PS, Rao VD, Kakac S (2002) A new method to predict convective heat transfer in a tube with twisted tape inserts for turbulent flow. Int J Therm Sci 41(10): 955-960.

[10] Smithberg E, Landis F (1964) Friction and forced convection heat-transfer characteristics in tubes with twisted tape swirl generators. J Heat Trans-T Asme 86(1): 39.

[11] Lopina RF, Bergles AE (1969) Heat transfer and pressure drop in tape-generated swirl flow of single-phase water. J Heat Trans-T Asme 91: 434.

[12] Sarma PK, Subramanyam T, Kishore PS, Rao VD, Kakac S (2003) Laminar convective heat transfer with twisted tape inserts in a tube. I Int J Therm Sci 42(9): 821-828.

[13] Pathipakka G, Sivashanmugam P (2010) Heat transfer behaviour of nanofluids in a uniformly heated circular tube fitted with helical inserts in laminar flow. Superlattice Microst 47(2): 349-360.

[14] Sharma KV, Sundar LS, Sarma PK (2009) Estimation of heat transfer coefficient and friction factor in the transition flow with low volume concentration of Al2O3 nanofluid flowing in a circular tube and with twisted tape insert. Int Commun Heat Mass 36(5): 503-507.

[15] Sundar LS, Sharma KV (2010) Turbulent heat transfer and friction factor of Al2O3 Nanofluid in circular tube with twisted tape inserts. Int J Heat Mass Tran 53(7): 1409-1416.

[16] Sundar LS, Kumar NR, Naik MT, Sharma KV (2012) Effect of full length twisted tape inserts on heat transfer and friction factor enhancement with Fe3O4 magnetic nanofluid inside a plain tube: An experimental study. Int J Heat Mass Tran 55(11-12): 2761-2768.

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

[18] Maxwell JC (1881) A treatise on electricity and magnetism (Vol. 1). Clarendon press.

[19] Einstein A (1911) Berichtigung zu meiner Arbeit: Eine neue Bestimmung der Moleküldimensionen. Ann Phys-Berlin 339(3): 591-592.

[20] Sieder EN, Tate GE (1936) Heat transfer and pressure drop of liquids in tubes. Ind Eng Chem 28(12): 1429-1435.

[21] Notter RH, Sleicher CA (1972) A solution to the turbulent Graetz problem—III Fully developed and entry region heat transfer rates. Chem Eng Sci 27(11): 2073-2093.