بهبود عملکرد هیدرولیکی-حرارتی چاه های حرارتی میکروکانال با استفاده از پین-فین های V شکل و نانوسیال Al2O3/آب

Abstract

افزایش انتقال حرارت همزمان با کاهش افت فشار، کاهش اندازه و حجم، موضوعی است که طی چهار دهه مورد بررسی قرار گرفته است. میکروکانال‌ها می توانند جریان آرام را به گونه‌ای در کانال‌ها تثبیت نمایند که ضرایب انتقال حرارت بالایی حاصل گردد. در این پژوهش از دو هندسه کلی ( مستقیم و Vشکل ) با چهار حالت متفاوت انقطاع (پیوسته، پیوسته-منقطع، منقطع خطی، منقطع غیرخطی) استفاده شده است . سیال کاری آب می باشد. اثرات هندسه ها و انقطاع پین ها در رینولدزهای مختلف (100-900) بر روی افزایش انتقال حرارت میکروکانال بررسی شد. پارامترهای مهم از قبیل عدد ناسلت، افت فشار، ضریب انتقال حرارت و ضریب عملکرد هیدرولیکی-حرارتی ارزیابی شد. شبیه سازی توسط نرم افزار فلوئنت17 انجام شد. نتایج نشان می دهند میکروکانال‌های منقطع سبب افزایش ضریب انتقال حرارت و عدد ناسلت در مقایسه با هندسه های مستقیم شده است. همچنین توزیع دمای یکنواخت‌تری دارند و مانع از ایجاد نقاط داغ در میکروکانال می‌شوند. میکروکانال‌های دارای پین V شکل بدلیل ایجاد اغتشاش در بالک سیال و تولید جریان های چرخشی نتایج بهتری را گزارش می‌دهند. از میان حالت‌های مختلف، حالت منقطع غیرخطی برای هر دو هندسه کلی دارای بالاترین ضریب عملکرد هیدرولیکی-حرارتی می‌باشد، که تقریبا 5/1 برابر حالت پایه است. سپس با تغییر سیال کاری با نانوسیال آب/Al2O3، اثرات آن مورد یررسی قرار گرفت. نانوسیال باعث افزایش ضریب عملکرد هیدرولیکی-حرارتی تا 83/1 برابر برای هندسه مستقیم منقطع غیرخطی و 77/1 برابر برای هندسه Vشکل منقطع غیرخطی نسبت به حالت پایه گردید. همچنین افزایش غلظت نانوذرات سبب بهبود عملکرد هیدرولیکی-حرارتی شد.