تحلیل عددی و بررسی تجربی انتقال حرارت نانو سیال آب/آلومینا در مبدل های حرارتی دولوله ای، پوسته لوله ای و صفحه ای

در سال های اخیر استفاده از نانوسیالات برای افزایش عملکرد سیستم های حرارتی افزایش چشمگیری داشته است. مطالعات مختلفی در زمیته تأثیر نانوسیالات بر عملکرد حرارتی سیستم هایی مثل کانال ها و لوله ها انجام شده است ولی تاکنون در مورد رفتار حرارتی نانوسیالات در مبدل های حرارتی مطالعات تجربی اندکی انجام شده است. در این تحقیق، رفتار انتقال حرارت نانوسیال آب/?-al2o3 با دو غلظت حجمی 2/0% و 5/0% بصورت آزمایشگاهی در سه مبدل حرارتی دو لوله ای، پوسته-لوله و صفحه ای با جریان ناهمسو تحت شرایط جریان آرام مورد بررسی قرار گرفته است. اثر غلظت، دما و دبی نانوسیال و نیز دبی آب سرد بر ضریب کلی انتقال حرارت بررسی شده است. همچنین به منظور بررسی اثر نوع نانوذره بر انتقال حرارت، نانوسیال آب/ ?-al2o3 در مبدل صفحه ای، مورد آزمایش قرار گرفت. در نهایت میزان کارایی سه مبدل در انتقال حرارت نانوسیال، مقایسه شد. نتایج آزمایشات نشان داد که نرخ انتقال حرارت و نیز ضریب کلی انتقال حرارت نانوسیال، در هر سه مبدل از آب مقطر بالاتر است و با افزایش غلظت نانوذرات نیز افزایش می یابد. همچنین نرخ انتقال حرارت و نیز ضریب کلی انتقال حرارت نانوسیال، در هر سه مبدل با افزایش دبی و دمای نانوسیال و نیز با افزایش دبی آب سرد افزایش می یابد. متوسط درصد افزایش مشاهده شده در ضریب کلی انتقال حرارت نسبت به آب، در دمای c?50 برای نانوسیال با غلظت 5/0%، در مبدل دولوله ای 6/7%، در مبدل پوسته-لوله 7/12%، در مبدل صفحه ای 9/16% است. در مبدل صفحه ای، ضریب کلی انتقال حرارت نانوسیال آب/?-al2o3 نسبت به نانوسیال آب/?-al2o3 در غلظت های یکسان، بیشتر است. برای مثال در دمای c?50، متوسط درصد افزایش ضریب کلی انتقال حرارت برای نانوسیال آب/?-al2o3 نسبت به نانوسیال آب/?-al2o3 در غلظت 5/0%، 6/5% و در غلظت 2/0%، 4/4% می باشد. ضرایب کلی انتقال حرارت نانوسیال آب/?-al2o3 در مبدل صفحه ای بالاتر از مبدل پوسته-لوله و در مبدل پوسته-لوله بالاتر از مبدل دولوله ای است. متوسط درصد افزایش در ضریب کلی انتقال حرارت برای نانوسیال آب/?-al2o3 با غلظت 5/0% و دمای c?50 در مبدل صفحه ای نسبت به مبدل پوسته-لوله، 9/29% و در مبدل پوسته-لوله نسبت به مبدل دولوله ای، 8/22% می باشد. در بخش عددی، با استفاده از نرم افزار فلوئنت شبیه سازی برای مبدل های دولوله ای و پوسته-لوله انجام شد. با استفاده از نرم افزار گمبیت برای مبدل دولوله ای، هندسه دو بعدی و برای مبدل پوسته-لوله، هندسه سه بعدی استفاده شد. ضرایب کلی انتقال حرارت محاسبه شده بوسیله شبیه سازی، با داده های آزمایشگاهی مقایسه شد و تطابق خوبی با نتایج آزمایشگاهی مشاهده گردید. متوسط خطا بین نتایج شبیه سازی با داده های آزمایشگاهی برای نانوسیال آب/ ?-al2o3با غلظت 5/0% در دمای c?50، برای مبدل پوسته-لوله 6/15% و برای مبدل دو لوله ای 7/11% است. تطابق بین نتایج حاصل از شبیه سازی و داده های آزمایشگاهی نشان میدهد که cfd یک ابزار مناسب برای تحلیل انتقال حرارت نانوسیال در مبدلها است.