مطالعه عددی شار حرارتی بحرانی در جوشش هسته‌ای نانوسیالات هیبریدی

مهندسی مکانیک و ارتعاشات

دوره 12، شماره 3 - شماره پیاپی 44، آذر 1400، صفحه 19-30   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی کامل

نویسندگان

علیرضا خلیلی¹؛ محمد حسن نوبختی²؛ مرتضی خیاط^{* 3}

¹دانشگاه آزاد اسلامی- واحد علوم و تحقیقات

²استادیار، گروه مهندسی مکانیک، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

³گروه مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران

چکیده

با توجه به نیاز صنایع به بهبود روش‌های انتقال حرارت، ناحیه جوشش هستهای مورد توجه ویژه محققان قرار دارد چراکه جوشش سیالات امکان دستیابی به شارهای حرارتی بالاتری را نسبت به فرآیندهایی که تنها مبتنی بر انتقال حرارت جابه‌جایی غیر جوششی هستند در دسترس قرار می‌دهد. در این بین، تغییر سیال عامل در سیستم‌های انتقال حرارت جوششی از سیال خالص به نانوسیال موجب بهبود مشخصه‌های انتقال حرارت شده و در نتیجه امکان انتقال شار حرارتی بالاتر در دماهای پایین‌تر را میسر می‌نماید. در نقطه شار حرارتی بحرانی که شار حرارتی ماکزیمم است، بحث امنیت سطح جوشش و محافظت از آن در برابر ازدیاد بیش از حد دما مهم میباشد. هدف از این تحقیق شبیه‌سازی عددی جوشش استخری نانوسیال هیبریدی پایه آب شامل 30% نانولوله کربنی چندجداره و 70 % اکسید تیتانیوم با غلظت حجمی 5/0%، روی سطح دایروی مسی و بررسی مشخصه‌های انتقال حرارتی و به طور ویژه نقطه شار حرارتی بحرانی می‌باشد. ابتدا فرآیند جوشش آب د‌یونیزه خالص توسط نرم‌افزار انسیس فلوئنت شبیه‌سازی گشته و نتایج با داده‌های تجربی مقایسه شدهاند. با توجه به تطابق قابل قبول نتایج، نانوسیال هیبریدی مذکور به عنوان سیال عامل تحت جوشش، با تغییر چگالی سایت‌های هسته‌زایی به صورت عددی شبیه‌سازی گردیده و مشخصات انتقال حرارت و شار حرارتی آن به دست آمده‌اند. مطابق نتایج، شار حرارتی بحرانی برای آب د‌یونیزه خالص در دمای C° 4/24 اتفاق افتاده و میزان آن در حدود 1/1 مگاوات بر متر مربع بوده در حالی که شار حرارتی بحرانی برای نانوسیال هیبریدی در دمای حدودی C° 13 بوده و مقدار آن در حدود 1مگاوات بر متر مربع میباشد.

کلیدواژه‌ها

جوشش استخری؛ شار حرارتی بحرانی؛ نانوسیال هیبریدی؛ سایت هسته‌زایی

مراجع