18519

16107

كارشناسي ارشد

تبديل انرژي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

1401

شش، 67ص. : مصور، جدول، نمودار

1402/02/17

كتابنامه

مهندسي مكانيك

مهندسي مكانيك

1403/05/15

2927813

در اين تحقيق، جريان نانوسيال و انتقال حرارت در يك ميكرولوله U شكل چرخان با ديواره موج‌دار سينوسي بصورت عددي براي اعداد رينولدز 100-500 و سرعت‌هاي چرخشي 0-300 راديان بر ثانيه بررسي شده است، تا تأثير آن‌ها بر افت فشار، انتقال حرارت و ضريب عملكرد حرارتي بررسي شود. جريان سيال و انتقال حرارت با فرض جريان پايا، سه بعدي با خواص ثابت با استفاده از نرم افزار Ansys Fluent با شرط مرزي حرارتي دماي يكنواخت ثابت روي ديواره لوله اعمال شبيه سازي شد. در قسمت اول، جريان آب خالص با عدد پرانتل 3.85 به عنوان سيال عامل استفاده شده است و با انتخاب پارامترهاي هندسي مجرا از جمله دامنه و طول موج مجراي موج‌دار و شعاع انحناي خم، مجراي برتر براي بهترين عملكرد را در بهبود انتقال حرارت معرفي شد. در قسمت دوم، نانوسيال آب_Al2O3 در مجرا با مدل تك‌فاز و دوفاز براي كسر حجمي 0.5 و 5 درصد بررسي شد. نتايج حاصل نشان داد كه با افزايش عدد رينولدز و دامنه و كاهش شعاع انحناي خم و طول موج مجرا، افت فشار و انتقال حرارت افزايش مي يابد. نتايج همچنين نشان دتد كه ميزان انتقال حرارت مجراي موج‌دار بيشتر از مجراي بدون موج است. بعنوان نمونه، نتايج نشان داد كه در مجراي موج‌دار با افزايش عدد رينولدز از 100 به 500 و سرعت چرخش 0 تا 300 راديان بر ثانيه، انتقال حرارت و ضريب عملكرد حرارتي را به ترتيب 35% و20% نسبت به مجراي بدون موج افزايش مي‌يابد. همچنين اثربخشي نانوسيال به هندسه ميكرولوله و خواص نانوسيال بستگي دارد، بنابراين در ميكرولوله حاضر، با افزايش عدد رينولدز، كارايي نانوسيال كاهش مي‌يابد. استفاده از نانوسيال با عدد رينولدز پايين، انتقال حرارت را حداكثر تا 7 درصد افزايش مي يابد. بنابراين استفاده از نانوسيال در اعداد رينولدز پايين توصيه ميشود. همچنين مقايسه نتايج نشان داد كه حداكثر افزايش انتقال حرارت به ترتيب 6.7%، 3% و 2% براي مدل‌هاي اويلرين-لاگرانژي و اويلرين-اويلرين و تك‌فاز نسبت به سيال پايه براي سرعت چرخش 300 راديان بر ثانيه و عدد رينولدز 500 در كسر حجمي 1% مي باشد.

In this work, nanofluid flow and heat transfer in a rotating U-shaped micro-pipe with sinusoidal wavy walls are investigated numerically for Reynolds numbers of 100-500 and rotational speeds 0-300 rad/s to study their effects on the pressure drop, heat transfer and thermal performance coefficient. To find the results, the 3D steady flow with constant properties is simulated with Ansys Fluent for constant uniform wall temperature. At the first part of this study, the superior wavy tube is introduced to have the best performance in improving heat transfer. It is selected based on the micro-pipe parameters including the amplitude and wavelength of the corrugated tube and the radius of curvature of the bend. In the second part of this study, the water_Al2O3 nanofluid as working fluid were investigated using the single phase and two-phase models for volume fraction 0.5% and 5%. The results show that the increase of the Reynolds number and wave amplitude and also the decrease of radius of bend curvature and wave length of tube cause to increase the pressure drop and heat transfer. In addition, the findings show that the heat transfer in wavy tube is higher than that of without waves. The results also show that the increasing the Reynolds from 100 to 500 and rotation speed between 0 to 300 rad/s provide an increase in heat transfer and thermal performance coefficient of wavy tube by 35% and 20%, respectively, comparison with those of without waves. In addition, results illustrate that the effectiveness of nanofluid depends on the geometry of micro-pipe and properties of nanofluid. It is found that the effectiveness of nanofluid decreases with increasing the number Reynolds, thus using the nanofluid at low Reynolds number is more effective. The results also show that the increase in the heat transfers are 7.5%, 4% and 3% respectively for the Eulerian-Lagrangian and Eulerian-Eulerian and single-phase models compared to those of the base fluid for a rotation speed of 300 radians/second and a Reynolds number of 500 at a volume fraction of 1%.

احمد سوهان كار اصفهاني , علي اكبر عالم رجبي

محمدرضا توكلي نژاد , رامين كوهي كمالي