بررسی عددی جریان و انتقال حرارت فروسیال در مبدل حرارتی دولوله ای

در این مقاله، رفتار حرارتی و هیدرودینامیکی نانوسیال مغناطیسی (آب و 4% اکسید آهن) در یک مبدل حرارتی دولوله ای مستقیم افقی، تحت میدان مغناطیسی غیریکنواخت متقاطع با شدت های متفاوت به صورت عددی بررسی شده است. فروسیال به عنوان سیال گرم درون لوله داخلی و هوا به عنوان سیال سرد در لوله بیرونی درنظر گرفته شده و هر دو سیال در رژیم جریان آرام با جریانی غیر همسو می باشند. میدان مغناطیسی ذکر شده توسط سیم حامل جریان الکتریسیته ایجاد می شود که به موازات طولی مبدل و در فاصله ای مشخص و نزدیک به لوله داخلی (بین دولوله) قرار می گیرد. از مدل تکفازی و روش حجم محدود برای حل این مسئله استفاده شده است. اثرات میدان مغناطیسی با نوشتن کدهایی به زبان c++، به معادلات حاکم بر جریان فروسیال در نرم افزار انسیس فلوئنت 14 اضافه شده است. اعمال میدان مغناطیسی غیریکنواخت متقاطع باعث ایجاد نیروی کلوین در جهت عمود بر جریان فروسیال می شود که پروفیل سرعت محوری را تغییر داده و در نهایت با ایجاد یک جفت گردابه، منجر به افزایش عدد ناسلت، ضریب اصطکاک پوسته ای و افت فشار فروسیال می شود. با مقایسه درصد افزایش عدد ناسلت، ضریب اصطکاک و افت فشار مشخص می شود که مقدار بهینه عدد مغناطیس برای re_ff=50 در محدوده mn=1.33*10^6 و mn=2.37*10^6 قرار دارد. درنتیجه با اعمال میدان مغناطیسی متقاطع غیریکنواخت ناشی از سیم حامل جریان الکتریسیته می توان جریان فروسیال را کنترل کرده و فرایند خنک کاری فروسیال در مبدل حرارتی دولوله ای را بهبود بخشید.