بررسی آزمایشگاهی انتقال حرارت نانوسیال در محیط متخلخل

توجه به افزایش راندمان فرایندهای انتقال حرارت در سال های اخیر مورد توجه بسیاری قرار گرفته است. این توجه ویژه سبب شده تا سمت و سوی این تحقیقات به استفاده از روش ها و محیط های جدید سوق داده شود. نانوسیال از معلق سازی نانوذرات در سیالات پایه تولید می شوند و محیط های متخلخل نیز محیط هایی هستند که بصورت منظم یا نامنظم در ساختار آنها از ذرات و قسمت های جامد استفاده شده است. با توجه به مطالعات انجام شده در این زمینه، انتقال حرارت نانوسیال در محیط متخلخل به طور کامل بررسی نشده است؛ به عبارت دیگر این کار از اولین تحقیقاتی است که بصورت آزمایشگاهی به انتقال حرارت جابجایی نانوسیال در محیط متخلخل پرداخته است. در این پروژه انتقال حرارت جابجایی نانوسیال در یک لوله متخلخل در دو شرط مرزی متفاوت مورد بررسی قرار گرفته است. شرط مرزی اعمال شده در سطح لوله، شرط شارثابت و شرط دما ثابت است. محیط متخلخل مورد استفاده توسط دو روش جایگذارنده ها در دو تخلخل 0.5 و 0.63 و قرار دادن ماده متخلخل در لوله (به ترتیب برای حالت دماثابت و شارثابت) ساخته شده است. از نانوسیال آلومینا با درصد حجمی 0.1، 0.25، 0.5، 1 و 1.5 درصد (تولید شده از نانوذرات با اندازه 40 نانومتر) برای حالت دماثابت و نانوسیال آلومینا با درصد حجمی 0.1، 0.25، 0.5 و 1 درصد به همراه نانوسیال کربنی با درصد حجمی 0.1، 0.25 و 0.5 درصد (تولید شده از ذرات با اندازه کمتر از 30 نانومتر) برای حالت شارثابت که با روش دومرحله ای ساخته شده اند، بکار گرفته شده است. نانوسیال در سیکل طراحی شده جریان یافته و اندازه گیری های دما با توجه به پارامترهای مورد نیاز در هر یک از شرایط مرزی انجام می شود. همچنین افت فشار ایجاد شده در طول لوله آزمایش توسط یک دستگاه اندازه گیری افت فشار ثبت و گزارش می شود. آزمایش در دبی های مختلف و در هر در هر دبی 3 مرتبه تکرار شده و نتایج آن بوسیله روش آماری بازه اطمینان با دقت 95 درصد آماری محاسبه می شوند. همچنین برای صحت سنجی نتایج با استفاده توسط یک لوله خالی با شرایط مشابه لوله متخلخل پارامترهای مورد نظر اندازه گیری و نتایج آن با روابط تک فاز موجود در مراجع مقایسه شده است. نتایج این مقایسه حاکی از خطای قابل قبول نسبت به نتایج پیش بینی شده است. نتایج بدست آمده در حالت دماثابت نمایانگر افزایش حداکثر 57 درصدی انتقال حرارت جابجایی در عدد رینولدز 3704 برای تخلخل 50% می باشد درحالی که انتقال حرارت حداکثر 45 درصدی در رینولدز 3175 در تخلخل 63% برای ناسلت نانوسیال آلومینا نسبت به سیال پایه در محیط متخلخل است. همچنین نتایج حاکی از افزایش شدید انتقال حرارت نسبت به لوله خالی در این حالت می باشد. نتایج در حالت شارثابت نیز بسیار مشابه می باشد، افزایش حداکثر 31 درصدی در رینولدز 5388 برای نانوسیال آلومینا با غلظت حجمی 1% و افزایش حداکثری 33 درصدی در رینولدز 3489 برای نانوسیال کربنی با غلظت حجمی 0.5% در این حالت مشاهده شده است. افت فشار اندازه گیری شده نیز نمایانگر افزایش شدید در محیط متخلخل نسبت به لوله خالی است. همچنین افزایش افت فشار نانوسیال نسبت به سیال پایه نیز برای تمامی حالات مشهود است.