شبیه سازی عددی انتقال حرارت جریان مغشوش نانو سیال غیرنیوتنی در مبدل حرارتی دولوله ای مارپیچ

Abstract

در این پژوهش رفتار گرمایی و هیدرودینامیکی جریان آشفته نانو سیال غیرنیوتنی در آرایش جریان مخالف در یک مبدل گرمایی دولوله‌ای مارپیچ بصورت عددی شبیه-سازی شده است. از محلول پودر کربوکسی متیل سلولز در آب با درصد جرمی 1/0% همراه با نانو ذره آلومینیوم اکسید بعنوان سیال عامل استفاده شده است. از نرم افزار دینامیک سیالات محاسباتی فلوئنت جهت حل معادلات و برای شبیه‌سازی جریان متلاطم از روش k-ε استفاده شده که نتایج این حل عددی با داده‌های تجربی پیشین مطابقت خیلی خوبی داشته است. نقش و تاثیر پارامترهای مهم مانند انحنای مارپیچ، عدد رینولدز و درصد حجمی نانو ذرات آلومینیوم ‌اکسید روی انتقال گرما مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می‌دهد با افزایش نسبت انحنا در اعداد دین ثابت، عدد ناسلت و ضریب اصطکاک افزایش می‌یابد. نیروی گریز از مرکز ناشی از انحنای لوله-های مارپیچ سبب ایجاد جریان ثانویه در مبدل شده بطوریکه میزان انتقال گرما و افت فشار به ترتیب تا 35% و 30% نسبت به لوله‌های مستقیم افزایش پیدا کرده است. نتایج نشان می‌دهد که اضافه کردن نانو ذرات آلومینیوم ‌اکسید به سیال‌ پایه برای جریان با عدد رینولدز و عدد دین ثابت، باعث افزایش انتقال گرما و افزایش افت فشار جریان در لوله‌های مارپیچ می‌شود. اثر روش‌های افزایش انتقال گرما بر شاخص هیدرودینامیکی نیز بررسی شد بطوریکه در کویل‌های مارپیچ با کاهش نسبت انحنا و افزایش غلظت حجمی نانو ذرات مقدار شاخص هیدرودینامیکی نیز بیشتر شده است.