بررسی تجربی انتقال حرارتجریان نانوسیال در لوله های مارپیچی

انتقال حرارت یکی از مهم ترین پدیده های زندگی بشر بوده و وسایل انتقال حرارتی روز به روز در حال پیشرفت هستند. اصلی ترین مشکل سیالات انتقال حرارت معمولی، پایین بودن ضریب هدایت حرارتی آنها می باشد. این مشکل را می توان با افزودن مقدار کمی از نانوذرات بهبود بخشید. در این مطالعه، افت فشار و انتقال حرارت جریان نانوسیال اکسید تیتانیوم- آب به صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفت. سه لوله مارپیچی با الگوی دایروی با نسبت انحنای 0375/0، 071/0 و 123/0 و یک لوله مارپیچی با الگوی مربعی با نسبت انحنای هیدرولیکی 071/0 با شرط مرزی دمای سطح ثابت مورد استفاده قرار گرفت. برای ارضای شرط دمای ثابت از مخزن بخار استفاده گردید. غلظت های نانوسیال های مورد استفاده در این تحقیق 1/0 و 5/0% حجمی بوده و برای تهیه و آماده سازی نانوسیال از دستگاه اولتراسونیک استفاده شد. قبل از انجام آزمایشات روی نانوسیال ها، صحت عملکرد دستگاه آزمایش توسط جریان سیال پایه آب درون لوله صاف در هر دو رژیم جریان آرام و مغشوش مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که در جریان آرام، ضریب اصطکاک و عدد ناسلت به دست آمده از داده های تجربی با روابط پیشنهادی دارای بیشینه خطای به ترتیب 1/4 و 1/14% بوده و در جریان مغشوش نیز بیشینه خطا برای ضریب اصطکاک و عدد ناسلت به ترتیب 1/6 و 1/8% می باشد. نتایج نشان داد که برای تمامی سیال ها و لوله های مورد استفاده ، با افزایش عدد رینولدز، عدد ناسلت افزایش یافته و ضریب اصطکاک کاهش می یابد. استفاده از الگوی مربعی به جای دایروی ضریب اصطکاک و عدد ناسلت را به میزان قابل توجهی افزایش داد. به عنوان مثال، در جریان آرام و مغشوش لوله مارپیچ دایروی، به ترتیب به میزان 6/9 و 9/4% افزایش عدد ناسلت داشتیم. با افزودن نانوذرات به سیال پایه شاهد افزایش آشکار ضریب اصطکاک و عدد ناسلت بودیم و این روند افزایشی با افزایش غلظت حجمی نانوذرات افزایش می یابد. به عنوان مثال برای لوله مارپیچ مربعی و نانوسیال 1/0 % و 5/0 % حجمی به طور متوسط عدد ناسلت به ترتیب 3/10% و 5/16% بیشتر از جریان آب خالص در همان اعداد رینولدز بود. در محاسبه خواص ترموفیزیکی نانوسیال ها از روابط و مدل های پیشنهادی استفاده شد. در نمودارهای ضریب اصطکاک و عدد ناسلت شاهد یک پرش در مقادیر بودیم که دلیل آن انتقال رژیم جریان از آرام به مغشوش ذکر شد. عدد رینولدز بحرانی که این پرش ها اتفاق افتاد بسیار بزرگتر از عدد رینولدز بحرانی لوله صاف بود که دلیل آن اثر انحنا می باشد. در نهایت با استفاده از برازش منحنی داده های تجربی، روابطی برای محاسبه ضریب اصطکاک و عدد ناسلت لوله های مارپیچی بر اساس هندسه لوله مارپیچی و عدد رینولدز و پرانتل ارایه گردید.