تحلیل انتقال حرارت جابه جایی نانوسیالات در جریان داخلی باشرط مرزی شار حرارتی ثابت

طی سال های گذشته از روش های متعددی جهت افزایش نرخ انتقال حرارت برای دستیابی به بازده حرارتی مطلوب استفاده شده است. نرخ انتقال حرارت را با تغییر در هندسه جریان، شرایط مرزی یا بهبود در خواص ترموفیزیکی سیال از قبیل افزایش ضریب هدایت حرارتی می توان بهبود بخشید. در تحقیق حاضر اثر افزودن نانوذرات جامد آلومینا به آب بر روی انتقال حرارت جابه جایی اجباری و افت فشار در داخل یک لوله دایره ای، به طور تجربی و عددی مورد بررسی قرار گرفته است. برای انجام این کار، ابتدا نانوسیال آب – آلومینا توسط یک دستگاه فراصوت با غلظت های حجمی مختلف از نانوذرات آلومینا تهیه شده است. سپس انتقال حرارت جابه جایی اجباری این نانوسیال در داخل یک لوله مسی با شرط مرزی دمای شار حرارتی ثابت، تحت شرایط رژیم آرام و آشفته که تنها به توسعه یافتگی هیدرودینامیکی خواهد رسید، به طور تجربی مورد مطالعه قرار گرفته است. بررسی ها شامل اثر حضور نانوذرات، غلظت های مختلف، شار های حرارتی مختلف و عدد رینولدز بوده است. غلظت های %0، %25/0، %5/0 و %7/0، به طور تجربی مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج به دست آمده از آزمایش های تجربی نشان می دهد که افزودن نانوذرات آلومینا به آب با غلظت های %25/0، %5/0و %7/0 در محدوده اعداد رینولدز بین 991 تا 2170 در جریان آرام و 8255 تا 16520 در جریان آشفته، ضریب انتقال حرارت جابه جایی را به اندازه %8/2 تا %4/24 و افت فشار را بین %5/0 تا %4/12 نسبت به سیال پایه (آب) افزایش خواهد داد. در مرحله بعد جهت صحه گذاری بر نتایج آزمایش، هندسه آزمایش با روش های عددی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. جهت شبیه سازی عددی از نرم افزار ansys fluent استفاده شده است. جهت تحلیل حرارتی و جریانی نانوسیال از از روش های تک فاز همگن، تک فاز پخشی، دوفاز مخلوط و دو فاز اویلر لاگرانژی استفاده شده است. نتایج به دست آمده از تحلیل عددی نشان میدهند که روش تک فاز پخشی انطباق خوبی با نتایج آزمایشگاهی دارد و به دلیل هزینه محاسباتی کمتر مقرون به صرفه است