بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق تاثیر هندسه لوله اسپیرال بر انتقال حرارت در یک مبدل حرارتی دو لولهای مورد بررسی قرار گرفته و اثر تعویض لوله مرکزی مبدل از دایروی به اسپیرال و افزودن نانو سیال تیتانیوم اکسید به سیال پایه با درصد حجمی مختلف بر تغییر انتقال حرارت و افت فشار بررسی میشود. نتایج با حالتی که لوله مرکزی مبدل دایروی میباشد مقایسه خواهد شد و ضریب انتقال حرارت در رینولدزهای مختلف بررسی میشود. نتایج با لوله مرکزی دایروی و لوله بیرونی اسپیرال نشان میدهد با افزودن نانوسیال میتوان انتقال حرارت را از 9 تا 26 درصد افزایش داد. این افزایش در حالتی که هر دو لوله داخلی و خارجی اسپیرال باشد از 18 تا 53 درصد خواهد بود. با افزایش کسر حجمی نانوسیال و عدد رینولدز، افت فشار کل بوجود آمده بیشتر شده که بهترین حالت آن رینولدز 900 و غلظت 5 درصد میباشد.
مقدمه
مولد بخار و بطورخاص مبدلهای حرارتی در صنایع کاربرد زیادی دارند. افزایش راندمان این تجهیزات میتواند باعث افزایش راندمان کل نیروگاه شود. این امر از طریق تغییر هندسه و همچنین تغییر غلظت نانوسیال امکانپذیر است. در این پروژه سعی شده اثر تغییر هندسه یک مبدل حرارتی دو لولهای خاص و همچنین تغییر غلظت نانوسیال، میزان افزایش کارایی محاسبه شود تا با شبیهسازی یک واحد از لولههای مارپیچ و تغییر پارامترهای اصلی مانند هندسه، نوع و میزان غلضت سیال، دمای سیال و عدد رینولدز، عملکرد و تاثیر یک مبدل را مشخص نماییم. دکتر چوی [1] اولین شخصی بود که سیال حاوی نانو را در آزمایشگاه آرگون 2 تولید کرد و آنرا نانوسیال نامگذاری نمود. یانوآر و همکاران [2]
به صورت تجربی به مطالعه انتقال حرارت جریان آرام در لوله اسپیرال پرداختند و تاثیر افزایش نانوسیال را به وضوح دیدند. همچنین هاشمی [3] به بررسی میزان انتقال حرارت و افت فشار در یک لوله مارپیچ و تفاوت آن با لوله صاف پرداخت و تاثیر انحناء موجود در لولههای مارپیچ را که موجب افزایش افت فشار نسبت به لوله صاف شده بود را مشاهده و رابطهای برای عدد ناسلت ارائه نمود. غفاری [4] به بررسی عددی میزان انتقال حرارت با ذراتی به قطر 21nm از روش دو فازی در یک لوله خمیده پرداخت. در این تحقیق تأثیر کسر حجمی و نیروی گریز از مرکز مورد بررسی قرارگرفت. بهبهانی [5] با آزمایش بر روی لوله مارپیچ و صاف به بررسی تأثیر پارامترهایی از قبیل عدد رینولدز، پارامترهای هندسی و کسر حجمی بر میزان انتقال پرداخت. ون [7][6]تغییرات ضریب انتقال حرارت جابجایی را در لوله افقی و برای غلظتهای مختلفی بررسی نموده و افزایش 5 درصد در محدوده رینولدز پایین مشاهده نمود. هو [8] در رژیم جریان آرام با انجام آزمایشی ضریب انتقال حرارت جابجایی و میزان افزایش انتقال حرارت نانوسیال نسبت به سیال پایه 40 درصد گزارش نمود. گوین و همکاران [10][9] تاثیر نانوسیال در میکرو کانالها را بررسی نمود و افزایش30 درصد برای 8/6 درصد حجمی اکسید آلومینیوم و آب در محدودهی عدد رینولدز 9000 مشاهده نمود. در تحقیق انجام شده با توجه به نتایج فوق و افزایش انتقال حرارت و افت فشار نبود نقطه بهینه در لولههای مارپیچ، غلظتهای 1 درصد، 3 درصد، 5 درصد و رینولدزهای متفاوت بهینهترین حالت بررسی و گزارش گردید.
-2 روش پژوهش
نمایی از مبدل مورد بررسی در دو حالت لوله داخلی دایروی و لوله اسپیرال به ترتیب در شکلهای 1 و 2 نشان داده شده است. طول آن800 میلیمتر، قطر لوله داخلی دایروی 10 میلیمتر، لوله بیرونی آن اسپیرال و ابعاد آن مطابق با جدول 1، دمای سیال ورودی لوله دایروی داخلی 350K و سیال لوله بیرونی 300K میباشد. با افزودن تیتانیوم اکسید به سیال پایه آب با درصد حجمی 1 درصد، 3 درصد و 5 درصد و رینولدز 1500،1200 ،900،500 میزان افزایش انتقال حرارت آن را اندازهگیری نموده و در ادامه با همین شرایط با هندسه شکل 2 که در آن هر دو لوله داخلی و خارجی اسپیرال هستند مقایسه گردید. قابل توجه اینکه نوع جریان آرام میباشد و دبی سیال گرم لوله داخلی ثابت و لوله بیرونی با سرعت و غلظتهای متفات تست میگردد.
-3 معادلات حاکم
جریان سیال مورد بررسی ترکمناپذیر، آرام و سه بعدی میباشد. معادلات زیر به روش عددی حل خواهد شد و روش به کار رفته حجم محدود میباشد. معادلات حاکم عبارتند از :
معادله بقاء جرم
