شبیه سازی عددی و بررسی جریان نانوسیال متلاطم در مبدل های حرارتی با آرایش مثلثی و مستطیلی لوله های بادامکی

در این پژوهش شبیه سازی عددی جریان نانوسیال متلاطم در مبدل های حرارتی شامل لوله های بادامکی شکل با دو آرایش مثلثی و مستطیلی انجام گرفته است. برای مدل سازی، جریان از مدل توربولانسی (k-ε) و رویکرد دوفازی مخلوط استفاده شده است. نانوسیال مورد بررسی ترکیبی از آب و نانوذرات Al۲O۳ با غلظت های حجمی در بازه ۱ تا ۷ درصد است. در شبیه سازی جریان به صورت پایا و متلاطم فرض شده و از حلگر فشار مبنا برای تحلیل عددی استفاده شده است. نیروهای شناوری و ویسکوزیته در این مدل در نظر گرفته نشده اند. تحلیل ها در بازه عدد رینولدز ۱۴۵۰۰ > Re > ۵۵۰۰ انجام شده است تا رفتار جریان و توزیع فشار در هندسه بادامکی با آرایش های مختلف بررسی شود. نتایج عددی نشان می دهد که با افزایش عدد رینولدز الگوی خطوط جریان پیچیده تر شده و گردابه های بزرگتری در نواحی پشت لوله ها تشکیل می شود که منجر به افزایش افت فشار در میدان جریان می گردد. در آرایش مثلثی جریان فشرده تر و تلاطم موضعی شدیدتر است در حالی که در آرایش مستطیلی توزیع جریان یکنواخت تر و ناحیه های جدایش محدودتر مشاهده می شود. همچنین افزایش کسر حجمی نانوذرات به دلیل تغییر خواص موثر سیال موجب افزایش جزئی مقاومت هیدرودینامیکی در مبدل می گردد. به طور کلی هندسه بادامکی با انحنای سطحی مناسب باعث کاهش نواحی رکود و بهبود پایداری جریان در مقایسه با اشکال متداول لوله ای می شود.

کلیدواژه ها:

نانوسیال ، جریان متلاطم ، مبدل حرارتی ، لوله بادامکی ، شکل آرایش مثلثی ، آرایش مستطیلی