مروری بر بهینه سازی انتقال حرارت و جریان نانوسیال در یک لوله مارپیچ با استفاده از روش تاگوچی

در این پژوهش، عملکرد حرارتی نانوسیال در یک مبدل حرارتی لوله مارپیچ به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است. هندسه مبدل شامل یک لوله مارپیچ با شعاع مارپیچ ثابت و قطر لوله مشخص بوده که به دلیل القای جریان ثانویه، می تواند تاثیر بسزایی در بهبود انتقال حرارت داشته باشد. برای مدل سازی جریان سیال و انتقال حرارت، از نرم افزار ANSYS Fluent استفاده شده و نانوسیال پایه آب با خواص ترموفیزیکی مناسب در نظر گرفته شده است. در این تحلیل، تاثیر سه پارامتر کلیدی شامل عدد رینولدز (Re)، درصد حجمی نانوذرات (φ) و نسبت قطر لوله به شعاع مارپیچ (D/d) بر رفتار حرارتی سامانه با استفاده از روش طراحی آزمایش تاگوچی و ماتریس متعامد بررسی گردیده است. به منظور ارزیابی تاثیر نسبی هر پارامتر بر پاسخ نهایی (ضریب انتقال حرارت)، از آنالیز واریانس (ANOVA) استفاده شده است. نتایج نشان می دهد که افزایش درصد حجمی نانوذرات و عدد رینولدز موجب بهبود ضریب انتقال حرارت کلی سیستم می گردد؛ در حالی که افزایش عدد ناسلت در همه شرایط مشاهده نشده و بسته به شرایط جریان، رفتار متفاوتی دارد. تحلیل آماری ANOVA حاکی از آن است که عدد رینولدز بیشترین سهم تاثیر را بر عملکرد حرارتی مبدل دارد و به عنوان عامل تعیین کننده اصلی در فرآیند بهینه سازی شناخته می شود. یافته های این تحقیق می توانند در بهینه سازی طراحی مبدل های حرارتی لوله مارپیچ و استفاده موثر از نانوسیالات در کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار گیرند.

کلیدواژه ها:

نانوسیال ، لوله مارپیچ ، روش تاگوچی ، عدد ناسلت