بررسی تجربی عملکرد حرارتی نانوسیال اکسیدروی – اتیلن گلیکول در مبدل حرارتی دو لوله‌ی در جریان‌های آشفته

تحقیقات در علوم مهندسی سطح و نانو مواد

دوره 2، شماره 1، خرداد 1402، صفحه 26-40   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

علی سعدی؛ اشکان غفوری^*

گروه مهندسی مکانیک، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران

چکیده

در این پژوهش اثر افزودن نانوسیال اکسیدروی به اتیلن گلیکول در ضریب انتقال حرارت جابجائی اجباری و آشفته در یک مبدل دو لوله‏ ای مورد آزمایش قرار گرفته است. بیشتر سیال‏ ها ضریب هدایت حرارتی پایینی نسبت به جامدات دارند لذا افزودن ذرات جامد با ضریب هدایت حرارتی بالا می‏ تواند باعث افزایش ضریب انتقال حرارت جابجائی آنها شود. نانوذرات به‏ دلیل داشتن نسبت سطح به حجم بالا، دارای خصوصیات متفاوتی نسبت به حالت معمولی خود هستند و ضریب هدایت حرارتی متفاوتی دارند. در این پژوهش نانوذره­ ی  اکسیدروی با قطر 30-10 نانومتر تهیه و با استفاده از  تغییر اسیدیته، همزن دور بالا و آلتراسونیک در اتیلن گلیکول به‏ صورت پایدار در آمده است. نانوسیال با غلظت‏ های مختلف 0/5، 0/7 و 1 درصد کسر حجمی  برای بررسی تاثیر غلظت نانوذرات بر ضریب انتقال حرارت جابجائی آماده گردید. برای انجام آزمایش‏ها یک مبدل دولوله ای ساخته شد و نانوسیال در لوله‏ ی داخلی مورد آزمایش قرار گرفت. آزمایش ‏ها در محدوده‏ ی عدد رینولدز 6000 تا 15000 انجام گرفت. نتایج آزمایشگاهی نشان داد انتقال حرارت جابه­ جایی هر سه نانو سیال بیشتر از سیال پایه بوده  که با افزایش غلظت نانوسیال اکسیدروی در اتیلن گلیکول و افزایش عدد رینولدز، عدد ناسلت افزایش پیدا می کند. ماکزیمم بازده ی عملکرد مربوط به غلظت حجمی یک درصد در حدود  1/32 و همچنین جهت غلظت  0/5 درصد بین  1/03 تا 1/20 می ­باشد. در نتیجه ماکزیمم ناسلت در غلظت حجمی 0/7 درصد در رینولدز 6300 در حدود  19/8 درصد می ­باشد و همچنین ماکزیمم افزایش انتقال حرارت در غلظت حجمی یک درصد در حدود 33/2 درصد در رینولدز 7200 است.

کلیدواژه‌ها

نانوذرات اکسیدروی؛ عملکرد حرارتی؛ عدد ناسلت؛ هدایت حرارتی؛ جریان مغشوش؛ انتقال حرارت جابه جایی

سایر فایل های مرتبط با مقاله

abstract 1031.pdf

مراجع

 [1] SK .Das, SU .Choi, W .Yu, T .Pradeep, Nanofluids: science and technology. John Wiley & Sons, 2007.

 [2] H. Masuda, A. Ebata, K. Teramae. "Alteration of thermal conductivity and viscosity of liquid by dispersing ultra-fine particles. Dispersion of Al₂O₃, SiO₂ and TiO₂ ultra-fine particles." (1993).

[3] JA. Eastman, SUS. Choi, S. Li, W. Yu, L. J. Thompson ,"Anomalously increased effective thermal conductivities of ethylene glycol-based nanofluids containing copper nanoparticles." Applied physics letters , 6 (2001) 718-720.

 [4] SK. Das, N. Putra, P. Thiesen, W. Roetzel. "Temperature dependence of thermal conductivity enhancement for nanofluids." J. Heat Transfer, 4 (2003) 567-574.

[5] BC. Pak, YI. Cho, "Hydrodynamic and heat transfer study of dispersed fluids with submicron metallic oxide particles." Experimental Heat Transfer an International Journal , 2 (1998) 151-170.

 [6] Y .Xuan, Q. Li, "Investigation on convective heat transfer and flow features of nanofluids." J. Heat transfer, 1 (2003) 151-155.

 [7] D. Wen, Y. Ding. "Experimental investigation into convective heat transfer of nanofluids at the entrance region under laminar flow conditions." International journal of heat and mass transfer, 24 (2004) 5181-5188.

[8] SZ .Heris, SG. Etemad, MN. Esfahany, "Experimental investigation of oxide nanofluids laminar flow convective heat transfer." International communications in heat and mass transfer, 4 (2006) 529-535.

 [9] Y. Yang, ZG. Zhang, EA. Grulke, WB. Anderson, G. Wu, "Heat transfer properties of nanoparticle-in-fluid dispersions (nanofluids) in laminar flow." International journal of heat and mass transfer ,6 (2005) 1107-1116.

[10] S. Lee, SUS. Choi, S. Li, JA .Eastman. "Measuring thermal conductivity of fluids containing oxide nanoparticles." (1999).

 [11] Eastman, J. A., U. S. Choi, S. Li, L. J. Thompson, and S. Lee. "Enhanced thermal conductivity through the development of nanofluids." Argonne National Lab., IL (United States) (1996).

[12] J. Jeong, C. Li, Y. Kwon, J. Lee, SH. Kim, R. Yun, "Particle shape effect on the viscosity and thermal conductivity of ZnO nanofluids." International journal of refrigeration, 8 (2013) 2233-2241.

 [13] M .Kole, TK. Dey. "Effect of prolonged ultrasonication on the thermal conductivity of ZnO–ethylene glycol nanofluids." Thermochimica Acta, 535 (2012) 58-65.

 [14] GJ. Lee, CK. Kim, MK. Lee, CK. Rhee, S. Kim, C Kim. "Thermal conductivity enhancement of ZnO nanofluid using a one-step physical method." Thermochimica acta, 542 (2012) 24-27.

 [15] R. Saleh, N. Putra, SP. Prakoso, WN. Septiadi, "Experimental investigation of thermal conductivity and heat pipe thermal performance of ZnO nanofluids." International Journal of Thermal Sciences ,63 (2013) 125-132.

 [16] W,Yu, H .Xie, L. Chen, Y. Li. "Investigation of thermal conductivity and viscosity of ethylene glycol based ZnO nanofluid." Thermochimica Acta , 1-2 (2009) 92-96.

 [17] BG. Lipták. Instrument Engineers' Handbook, Volume One: Process Measurement and Analysis. Vol. 1. CRC press, 2003.

 [18] ASTM Committee E-20 on Temperature Measurement. Manual on the use of thermocouples in temperature measurement. Vol. 470. ASTM International, 1981.

 [19] SMS. Murshed, KC. Leong, C. Yang. "Enhanced thermal conductivity of TiO2—water based nanofluids." International Journal of thermal sciences , 4 (2005) 367-373.

[20] KS. Suganthi, KS. Rajan. "Temperature induced changes in ZnO–water nanofluid: zeta potential, size distribution and viscosity profiles." International Journal of Heat and Mass Transfer , 25-26 (2012) 7969-7980.

 [21] RL. Hamilton, OK. Crosser. "Thermal conductivity of heterogeneous two-component systems." Industrial & Engineering chemistry fundamentals, 3 (1962) 187-191.

[22] W. Yu, SUS. Choi. "The role of interfacial layers in the enhanced thermal conductivity of nanofluids: a renovated Maxwell model." Journal of nanoparticle research, 5 (2003) 167-171.

[23] X. Wang, X. Xu, SUS. Choi. "Thermal conductivity of nanoparticle-fluid mixture." Journal of thermophysics and heat transfer , 4 (1999): 474-480.

 [24] V. Gnielinski. "New equations for heat and mass transfer in turbulent pipe and channel flow." International chemical engineering , 2 (1976) 359-367.

 [25] TL. Bergman Fundamentals of heat and mass transfer. John Wiley & Sons, 2011.

 [26] BS. Petukhov . "Heat transfer and friction in turbulent pipe flow with variable physical properties." In Advances in heat transfer, 6 (1970) 503-564..

 [27] SEB. Maı̈ga, CT. Nguyen, N. Galanis, G. Roy, "Heat transfer behaviours of nanofluids in a uniformly heated tube." Superlattices and Microstructures , 3-6 (2004) 543-557.