بررسی اثر نانولوله های کربنی عامل دار شده با گروه های آمینو اسید بر عملکرد انتقال حرارت در کانال با شار حرارتی دیواره ثابت

خواص حرارتی ضعیف سیالات مرسوم انتقال حرارت منجر به بررسی افزودن ذرات با اندازه کوچک (ذرات جامد با قطر کمتر از 100 نانومتر) به منظور بهبود عملکرد حرارتی این سیالات شده است. در این پژوهش، رفتار انتقال حرارت جابه جایی اجباری و افت فشار نانوسیال نانولوله های کربنی چند جداره (mwcnt) بر پایه آب دیونیزه در حال جریان از داخل لوله مدور افقی به صورت تجربی مورد ارزیابی قرار گرفته است. به همین منظور، از نانولوله های کربنی چند جداره با طول 20-10 میکرومتر و قطر متوسط 30 نانومتر استفاده شده است. از آنجا که یکی از مشکلات اساسی پراکنده کردن نانولوله های کربنی در حلال های قطبی مثل آب پایداری آنها می باشد، از دو مکانیسم متفاوت عامل دار کردن برای حل این مشکل استفاده شده است. عامل دار کردن غیر کوالانسی نانولوله های کربنی به کمک فعال کننده سطحی صمغ عربی و عامل دار کردن کوالانسی نانولوله های کربنی با استفاده از عامل آمینو اسید آرژنین انجام شده است. نانوسیال های آب/ نانولوله کربنی عامل دار شده غیر کوالانسی و آب/ نانولوله کربنی عامل دار شده کوالانسی در غلظت های وزنی 05/0، 1/0 و 2/0 درصد تهیه شده و در رژیم جریان آرام (گستره اعداد رینولدز 800 تا 2000) و تحت شرایط شار حرارتی ثابت دیواره درون سیستم آزمایشگاهی طراحی شده مورد آزمایش قرار گرفته است. بر اساس داده های تجربی، مشخص شده است که با افزودن مقدار بسیار کمی از نانولوله های کربنی چند جداره عامل دار شده درون سیال پایه، ضریب انتقال حرارت جابه جایی افزایش می یابد. همچنین با افزایش غلظت نانولوله های کربنی و عدد رینولدز، ضریب انتقال حرارت جابه جایی بیشتر بهبود می یابد. با این حال، اثر افزایش غلظت نانولوله ها درون سیال پایه نسبت به اثر افزایش عدد رینولدز در گستره اعداد مورد مطالعه در این پژوهش بیشتر می باشد. علاوه بر این، تأثیر افزایش ضریب انتقال حرارت جابه جایی در هنگام استفاده از نانوسیال آب/ نانولوله کربنی عامل دار شده کوالانسی بیشتر از نانوسیال آب/ نانولوله کربنی عامل دار شده غیر کوالانسی است. بررسی افت فشار نانوسیال ها نسبت به سیال پایه نیز نشان داد که غلظت وزنی پایین نانولوله های کربنی تأثیر چندانی در افزایش افت فشار ندارد. همچنین بررسی تأثیر همزمان افزایش افت فشار و ضریب انتقال حرارت جابه جایی تحت عنوان شاخص عملکرد نشان دهنده این است که تمامی نانوسیال های مورد استفاده در این پژوهش برای کاربردهای عملی مناسب هستند. حداکثر بهبود ضریب انتقال حرارت جابه جایی نیز برای نانوسیال آب/ نانولوله کربنی عامل دار شده کوالانسی در غلظت وزنی 2/0 درصد و عدد رینولدز 2000 مشاهده شده است که 4/57 درصد افزایش نسبت به ضریب انتقال حرارت جابه جایی آب دیونیزه در شرایط یکسان دارد.