‌مطالعه عددی و تحلیل حساسیت در مبادله کن‌های گرمایی لوله‌ای دارای حلقه‌های مخروطی سوراخ‌دار حامل نانوسیال آب- اکسید آلومینیوم

Abstract

در این مقاله، رفتار هیدرودینامیکی و انتقال گرمای جریان آشفته نانوسیال در یک مبادله کن مجهز به حلقه‌های مخروطی سوراخ‌دار به‌صورت عددی شبیه‌سازی شده است. سیال پایه آب و نانوذرات اکسید آلومینیوم (Al2O3) با درصد وزنی صفر تا 5 درصد به عنوان نانوذرات افزایش دهنده انتقال گرما در نظر گرفته شده است. معادلات حاکم با استفاده از روش دینامیک سیالات محاسباتی به کمک نرم‌افزار انسیس - فلوئنت و در محدوده عدد رینولدز 12000-2000 حل شده است. پس از صحت‌سنجی روش حل عددی با نتایج تجربی موجود، تأثیر پارامترهای هندسی و مشخصات جریان مانند عدد رینولدز، تعداد حلقه‌های مورد استفاده، تعداد سوراخ‌های مورد استفاده و کسر حجمی نانوذرات بر مشخصات انتقال گرمای مبادله کن گرمایی مطالعه شده است. همچنین نتایج نشان می‌دهد با افزایش تعداد حلقه‌های مخروطی، کاهش تعداد سوراخ‌های آن و همینطور بیشتر شدن کسر وزنی نانوذرات، عدد ناسلت و ضریب اصطکاک افزایش می‌یابد. بر اساس نتایج، مشاهده می‌شود که حلقه مخروطی ارائه شده می‌تواند عدد ناسلت متوسط را 3/5 برابر نسبت به لوله بدون حلقه افزایش دهد. علاوه بر این، نانوذرات Al2O3 نیز تأثیر مطلوبی بر افزایش انتقال گرما داشته و با افزایش کسر حجمی نانوذرات Al2O3 از صفر درصد تا 5 درصد، عدد ناسلت به ازای یک حلقه مخروطی دارای سه سوراخ بر روی آن در حدود 92 درصد افزایش در عدد ناسلت مشاهده شده است.