نقش نانوسیالات در انتقال حرارت و آزمایش تجربی بر روی نانوسیالات آب/CuO/Al₂O₃/SiO₂ جهت تعیین ضریب انتقال حرارت در مبدل حرارتی دو لوله ای

سیالات حامل انرژی در صنایع، با حرکت در مجاری انتقال نظیر لوله ها و مبدل های حرارتی، انرژی را به نقاط مورد نظر منتقل می کنند. در این فرآیند، برآورد دقیق نرخ انتقال انرژی به روش جابه جایی، از اهمیت ویژه ای برای مهندسان برخوردار است. برای این منظور، تعیین ضریب انتقال حرارت در فرآیند مورد نظر ضروری است تا بتوان سطح حرارتی لازم برای تبادل انرژی را محاسبه نمود. اگرچه برای سیالات معمولی، روابط و معادلات مدونی جهت محاسبه این ضریب وجود دارد، اما با ظهور نانوسیالات، بحث تعیین ضریب انتقال حرارت جابه جایی در این سیالات به چالشی نوین تبدیل شده است. در مطالعات انتقال حرارت جابه جایی، هر دو فرآیند جابه جایی آزاد و اجباری نانوسیالات مورد توجه محققان قرار گرفته است. افزودن نانوذرات به سیال پایه، علاوه بر تغییر ضریب هدایت حرارتی، بر فرآیندهای جابه جایی نیز تاثیرگذار است. این تغییرات ناشی از عواملی همچون تغییر خواص ترموفیزیکی (هدایت حرارتی، ظرفیت گرمایی و ویسکوزیته) و پدیده هایی نظیر حرکت براونی ذرات است. هدف از این پایان نامه، بررسی کاربردی انتقال حرارت نانوسیالات در مبدل های حرارتی است. در این تحقیق، سه نانوسیال آب-CuO، آب-Al₂O₃ و آب-SiO₂ در یک مبدل حرارتی دو لوله ای و تحت شرایط جریان متلاطم (Turbulent) و غیرهمسو (Counter-flow) مورد ارزیابی قرار گرفته اند. همچنین، تاثیر پارامترهای مختلفی نظیر غلظت و نوع نانوذرات و ابعاد آن ها بر ضریب انتقال حرارت بررسی شده است. نتایج حاکی از آن است که افزایش غلظت نانوذرات موجب افزایش ضریب انتقال حرارت می شود؛ همچنین، اندازه نانوذرات در غلظت های پایین تاثیر چشمگیری بر افزایش ضریب انتقال حرارت ندارد و در این میان، نانوسیال آب-CuO بیشترین افزایش را در ضریب انتقال حرارت نشان می دهد. از آنجا که نتایج تجربی وابستگی مستقیمی به خواص ترموفیزیکی سیالات دارند، خواص مذکور شامل دانسیته، ویسکوزیته، هدایت حرارتی و گرمای ویژه برای هر سه نانوسیال و سیال پایه به صورت دقیق مورد بررسی قرار گرفته اند. در نهایت، چالش های پیش رو در به کارگیری نانوسیالات مطرح و پیشنهادهایی برای پژوهش های آتی ارائه شده است.

کلیدواژه ها:

نانوسیالات ، انتقال حرارت جابه جایی ، مبدل حرارتی دو لوله ای ، ضریب انتقال حرارت