مطالعه عددی بهبود انتقال حرارت در یک مبدل حرارتی صفحه-پره با استفاده از نانوسیالات و تولیدکننده گردابه بلوکی مورب

در این پایان نامه، شبیه سازی عددی جریان مغشوش و انتقال حرارت درون یک کانال بعنوان بخشی از یک مبدل حرارتی صفحه ای با استفاده از نرم افزار تجاری فلوئنت انجام شده است. برای افزایش عملکرد حرارتی و بهبود انتقال حرارت آن، تاثیر استفاده از نانوسیال و تولیدکننده های گردابه بلوکی بررسی شده است. مطالعات عددی در محدوده اعداد رینولدز 400-2000 برای سیال عامل آب و نانوسیال صورت گرفته است. با بررسی مدل های توربولانسی مختلف، مدل بعنوان مدل مناسب در شبیه سازی عددی مسئله تحت بررسی استفاده شده است. از ضریب عملکرد حرارتی، که مقایسه ای بین میزان افزایش انتقال حرارت و افزایش توان مصرفی (یا افت فشار) است، بعنوان یک شاخص برای ارزیابی عملکرد حرارتی هندسه انتخابی استفاده شده است. بررسی اثر پارامترهای هندسی تولیدکننده گردابه شامل زاویه، طول، ارتفاع، موقعیت طولی، موقعیت عرضی و همچنین تعداد آن در یک المان کانال مطالعه شده و مقادیر مناسب معرفی شده است. در این مرحله روند کار بدین صورت است که در هر مرحله، با تعیین حالت مناسب برای پارامتری از تولیدکننده گردابه، در مراحل بعدی که اثر پارامتر دیگری بررسی می گردد، حالت مناسب پارامتر قبلی استفاده شود. همچنین مقادیر مناسب برای پارامترهای هندسی مولد گردابه حاصله، در یک کانال شامل شش المان که معرف یک ردیف مبدل حرارتی صفحه ای است نیز استفاده و نتایج آن بررسی شده است. در فصل اول این پایان نامه به روشها و مکانیزمهای افزایش انتقال حرارت پرداخته شده و دو روش استفاده از نانوسیالات و تولیدکننده های گردابه مرتبط با این تحقیق تشریح شده است. در فصل دوم به برخی کارهای مشابه صورت گرفته در رابطه با افزایش انتقال حرارت توسط نانوسیالات و تولیدکننده های گردابه پرداخته شده و وجوه تمایز کار حاضر با مطالعات صورت گرفته قبلی توسط دیگر محققان بیان شده است. در فصل سوم، به معرفی هندسه مورد بررسی و روابط به کار رفته برای تخمین خواص انتقال حرارتی نانوسیالات مناسب برای کاربرد در هندسه معرفی شده، پرداخته شده است. در فصل چهار، با تطابق نتایج حاصل از حل عددی جریان در هندسه تولیدی و نتایج عددی وتجربی موجود، از صحت نتایج استخراج شده از حل جریان سیال درون کانال اطمینان حاصل گشته و سپس از بین نانوسیالات شامل نانوذرات al2o3، tio2، cuo و سیالات پایه آب و اتیلن گلیکول، با بررسیهای انجام گرفته نهایتاً نانوسیال آب-tio2 به عنوان نانوسیال مناسب برای کاربرد در مسئله تحت بررسی انتخاب شده است. در فصل پنجم، به بررسی اثر پارامترهای هندسی تولیدکننده گردابه شامل زاویه حمله، ارتفاع، طول، موقعیتهای طولی و عرضی تولیدکننده گردابه، تعداد ردیف و فاصله طولی بین دو ردیف تولیدکننده های گردابه پرداخته شده و این بررسیها نهایتاً به هندسه ای ختم شد که به عنوان المانی مناسب از مبدل حرارتی نهایی درنظر گرفته شد. در فصل پایانی، یک ردیف مبدل حرارتی که دارای 6 المان مناسب متوالی که هرکدام شامل دو ردیف مولد گردابه بلوکی هستند، تولید شده و جریان سیالات آب و نانو در محدوده اعداد رینولدز این تحقیق، مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج این مطالعه نشان داد که افزایش انتقال حرارت در هندسه شامل یک ردیف از مبدل حرارتی(با تولیدکننده گردابه و نانوسیال با غلظت 4%) در مقایسه با کانال ساده (بدون تولیدکننده گردابه و سیال عامل آب) 341 درصد است که بیانگر کارایی بالای تولیدکننده گردابه و نانوسیال در بهبود انتقال حرارت در هندسه تحت بررسی می باشد.