تحلیل عددی پدیده ی انتقال حرارت همراه با تغییر فاز نانو سیالات در یک لوله گرمایی ترموسیفون با استفاده از آنالیز cfd

چکیده یکی از مهمترین اهداف پژوهشگران و مهندسین در صنعت افزایش بازدهی، کوچک کردن و بهینه سازی مصرف انرژی سیستمهای مورد استفاده در صنعت می باشد. لوله گرمایی بدلیل ویژگی های منحصر به فردش جایگاه ویژه ای در سیستم های بهینه سازی مصرف انرژی و بازیافت انرژی یافته است. لوله ی گرمایی وسیله ای کارآمد جهت انتقال حرارت در یک فضای محدود می باشد. یک عامل محدود کننده برای توانایی انتقال گرمای لوله، به خواص سیال کاری بستگی دارد. برای غلبه بر این محدودیت، خواص ترمو فیزیکی سیال می تواند بهبود یابد. یک ایده جدید برا ی افزایش ثابت هدایت گرمایی مایع، پخش نانو ذرات جامد در سیال اصلی می باشد. دراین پژوهش از دینامیک سیالات محاسباتی (cfd) جهت مدل سازی جریان و انتقال حرارت دو بعدی همراه با تغییر فاز در یک لوله گرمایی نوع ترموسیفون با استفاده از آب مقطر و نانوذره به عنوان سیال های کاری، استفاده شد. مدل سازی بوسیله نرم افزار فلوئنت (fluent)12 صورت گرفت. هندسه موردنظر بوسیله نرم افزار گمبیت (gambit) ترسیم شد. در مرحله اول سیال کاری مورد بررسی نانو سیال اکسید مس با غلظت یک درصد جرمی در سیال پایه آب مقطر بود. مدل سازی جریان دو فازی به طور جداگانه با مدل پیش فرض نرم افزار و نیز به روش کد نویسی و با در نظر گرفتن اثرات گازهای غیرقابل میعان انجام شد. جابجایی آزاد در داخل ترموسیفون و پدیده چگالش و تبخیر توسط محاسبات شبیه سازی گردید. توزیع دمایی و ضرایب انتقال حرارت بدست آمده از محاسبات (cfd) با نتایج تجربی مورد مقایسه قرار گرفته، تطابق خوبی مشاهده گردید. نتایج نشان داد که در حضور نانو سیال توزیع دمایی یکنواخت تری بدست آمد. همچنین بر طبق نتایج مشخص است که استفاده از نانوسیال آب/ اکسید مس بجای آب مقطردر ترموسیفون باعث افزایش ضرایب انتقال حرارت می-گردد. بعنوان نمونه ضریب انتقال حرارت تبخیر نانوسیال در بار حرارتی 80 وات به میزان 72 درصد در مقایسه با آب مقطر بیشتر می باشد. تاثیر حضور گاز های غیر قابل میعان با بررسی ضریب انتقال حرارت چگالش امکانپذیر بود .بدین ترتیب که حضور این گازها باعث کاهش ضریب انتقال حرارت چگالش نانوسیال حتی تا مقادیر کمتر از نتایج تجربی گردید. همچنین تاثیر حضور نانو سیال بر مقاومت حرارتی کل نیز بررسی شد. نتایج، کاهش مقاوت حرارتی کل نانو سیال نسبت به آب مقطر به ازای توان ورودی یکسان را تائیدکرد. سپس در مرحله دوم تاثیر غلظت و نوع نانو سیال مورد بررسی قرار گرفت. به منظور بررسی اثر غلظت نانو سیال مدل سازی با غلظت های 1/ . و 5/ . درصد جرمی انجام شد. مشاهده گردید که با افزایش غلظت نانو سیال از غلظت 1/ . تا 1 درصد ضرایب انتقال حرارت به میزان 68 درصد افزایش یافت. در نهایت نانو سیال طلا جایگزین نانو سیال اکسید مس با غلظت یک درصد جرمی شد و نتایج بدست آمده با نتایج نانو سیال اکسید مس مقایسه گردید. نتایج نشان داد که ضریب انتقال حرارت تبخیر نانو سیال طلا از نانو سیال اکسید مس بیشتر بود که این افزایش در توان ورودی بالاتر قابل ملاحظه تر بود.