بررسی عددی افزایش انتقال حرارت در جریان نانوسیال داخل لوله های سینوسی

در سال های اخیر مطالعات بر روی رفتار رئولوژیکی و انتقال حرارتی نانوسیالات به شدت رشد کرده و نتایج حاصل، پیشرفت های چشمگیری در این زمینه را حکایت می کند. این پژوهش به بررسی عددی انتقال حرارت و افت فشار جریان نانوسیال با سیال پایه آب و مخلوط آب-اتیلن گلیکول با نانوذرات اکسیدآلومینیوم و اکسیدمس می پردازد. به منظور افزایش هرچه بیشتر انتقال حرارت، در کنار استفاده ازنانوسیال مناسب، می توان از لوله با دیواره سینوسی متقارن محوری نیز بهره جست. در پژوهش حاضر، بررسی عددی برای سیال های پایه و نانوسیال با غلظت های حجمی مختلف و قطرنانوذره متفاوت درون لوله صاف و سینوسی انجام گرفته است. شبیه سازی در نرم افزار ansys cfx با اعداد رینولدز مختلف در محدوده جریان آرام انجام شده است. شرط مرزی شارحرارتی ثابت و یکنواخت دیواره بر مسئله حاکم است. نتایج نشان می دهد با افزایش عدد رینولدز و غلظت حجمی نانوذرات، ضریب انتقال حرارت جابجایی بهبود قابل توجهی دارد. در عدد رینولدز ثابت، ضریب انتقال حرارت جابجایی نانوسیال با ذرات اکسیدمس در غلظت حجمی بیش از %2 و هر دو قطر نانوذره بهبود بیشتری نسبت به اکسیدآلومینیوم دارد و با افزایش غلظت حجمی، این افزایش بیشتر نیز می شود. همچنین با افزایش غلظت حجمی ذرات، سیال پایه آب-اتیلن گلیکول نسبت به آب با هر دو نانوذره بویژه اکسیدمس افزایش ضریب انتقال حرارت بیشتری دارد. ضمنا ضریب انتقال حرارت جابجایی نانوسیال با دو نانوذره اکسیدمس و اکسیدآلومینیوم با افزایش قطرذرات کاهش می یابد. در عدد رینولدز و غلظت حجمی مشخص، با افزایش دامنه موج، انتقال حرارت جابجایی افزایش می یابد. بنابراین، لوله سینوسی عملکرد حرارتی جریان سیال پایه و نانوسیال را بهبود می بخشد. از طرفی باید متذکر شد که هر دو روش غیرفعال مورد استفاده در این تحقیق بر افزایش میزان افت فشار نیز دامن می زنند. برای تمامی سیال ها، با افزایش عدد رینولدز، میزان افت فشار جریان به طور قابل توجهی افزایش می?یابد. افزودن نانوذرات به سیال پایه منجر به افزایش افت فشار می شود و این روند افزایشی برای نانوسیال های با غلظت?های حجمی بالاتر ادامه پیدا می کند. البته ضریب اصطکاک سطحی بدون وابستگی به نوع نانوذره و غلظت حجمی نانوسیال از رابطه سیال پایه پیروی می کند و با افزایش رینولدز کاهش می یابد. اما در عدد رینولدز ثابت، با افزایش دامنه لوله سینوسی، ضریب اصطکاک افزایش می یابد. با استفاده از معیار ارزیابی عملکرد به بررسی اثر توام افزایش افت فشار و انتقال حرارت در جریان سیال پرداخته شد. معیار ارزیابی عملکرد نانوسیال در غلظت ثابت، همانند سیال خالص با افزایش عدد رینولدز کاهش می یابد. در عدد رینولدز ثابت نیز با افزایش غلظت حجمی ذرات معیار ارزیابی عملکرد کاهش می یابد. معیار ارزیابی عملکرد در لوله سینوسی با دامنه موج شدید کاهش می یابد ولی در دامنه های کم، لوله سینوسی حتی نسبت به لوله صاف عملکرد بهتری دارد.