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

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیئت علمی گروه مهندسی مکانیک دانشگاه ارومیه

2 دانشگاه ارومیه

10.22060/mej.2021.19808.7120

چکیده

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.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical study and sensitivity analysis in the exchange of tubular heat exchangers with perforated conical rings carrying nanofluid water-aluminum oxide

نویسندگان [English]

  • seyed mehdi pesteei 1
  • Mohsen Mohammadi 2
1 Faculty member of Mechanical Engineering Department of Urmia University
2 university of urmia
چکیده [English]

In this paper, the hydrodynamic behavior and heat transfer of a turbulent nanofluid flow in a exchanger equipped with perforated conical rings are simulated numerically. Water-based fluid and aluminum oxide (Al2O3) nanoparticles with a weight percentage of zero to 5% are considered as nanoparticles that increase heat transfer. The governing equations are solved using the computational fluid dynamics method with the help of Ensys-Fluent software in the range of Reynolds number 12000-2000. After validation of the numerical solution method with the available experimental results, the effect of geometric parameters and flow characteristics such as Reynolds number number of rings used, number of holes used and volume fraction of nanoparticles on the heat transfer characteristics of the heat exchanger have been studiedThe results also show that with increasing the number of conical rings, decreasing thenumber ofholes as well as increasing the weight fraction of nanoparticles, the Nusselt number and the coefficient of friction increaseBased on the results, it is observed that the proposed conical ring can increasethe average Nusselt number by 3.5 times compared to the tube without ring. In addition, Al2O3 nanoparticles also have a favorable effect on increasing heat transfer and by increasing the volume fraction of Al2O3 nanoparticles from zero to 5%, the Nusselt numberper conical ring with three holes on it is observed to increase by about 92% in the Nusselt number.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Perforated conical rings
  • Al2O3 nanoparticles
  • Numerical Analysis
  • Sensitivity analysis
  • heat exchanger