تحلیل ترمودینامیکی و اگزرژواکونومیک اثر نانوسیال هیبریدی اکسید مس-نانولوله های کربنی بر بازده مبدل حرارتی پوسته ولوله در سیستم های بازیافت حرارت اتلافی

بازیابی حرارت از جریان های خروجی فرآیندهای صنعتی و نیروگاهی یکی از رویکردهای اساسی در مهندسی تبدیل انرژی به شمار می رود. در این پژوهش تجربی و تحلیلی، بهبود نرخ انتقال حرارت و رفتار اگزرژتیک یک مبدل حرارتی پوسته ولوله مجهز به بافل های هلیکال با استفاده از نانوسیال هیبریدی اکسید مس و نانولوله های کربنی چنددیواره در پایه آب بررسی شده است. کسر حجمی نانوسیال در محدوده صفر تا ۱.۵ درصد و عدد رینولدز بین ۳۰۰۰ تا ۱۸۰۰۰ تغییر داده شد. برای ارزیابی جامع سیستم، مدل سازی پیوسته ترمودینامیکی، اگزرژواکونومیک و ارزیابی افت فشار هیدرولیکی صورت پذیرفت. نتایج کمی مشخص ساخت که با افزایش غلظت نانوذرات به بیشینه مقدار، ضریب انتقال حرارت جابه جایی ۳۸.۴ درصد افزایش یافته و عدد ناسلت متوسط با ضریب انتقال گرما رابطه مستقیم نشان می دهد. از دیدگاه اگزرژی، میزان تولید آنتروپی کلی سیستم با افزایش کسر حجمی ۲۱.۶ درصد کاهش یافت و بازده اگزرژی از ۴۲.۱ درصد در حالت سیال پایه به ۵۸.۷ درصد در نانوسیال هیبریدی ارتقا پیدا کرد. تحلیل اقتصادی بر مبنای هزینه بر واحد اگزرژی نشان داد با وجود افزایش ۱۴.۲ درصدی توان پمپاژ ناشی از لزجت دینامیکی، هزینه نهایی تولید محصول حرارتی معادل ۱۱.۳ درصد صرفه جویی اقتصادی سالانه به همراه دارد.

کلیدواژه ها:

نانوسیال هیبریدی ، اگزرژواکونومیک ، مبدل حرارتی پوسته ولوله ، بازیافت حرارت اتلافی ، تولید آنتروپی ، مهندسی تبدیل انرژی