بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق تاثیر هندسه لوله اسپیرال بر انتقال حرارت در یک مبدل حرارتی دو لوله اي مورد بررسی قرار می گیرد.و اثر تعویض لوله مرکزي مبدل از دایروي به اسپیرال،افزودن نانو سیال تیتانیوم اکسید به سیال پایه با درصد حجمی مختلف برتغییر انتقال حرارت وافت فشار بررسی می شود.نتایج با حالتی که لوله مرکزي مبدل دایروي می باشد مقایسه خواهد شد.وضریب انتقال حرارت در رینولدزهاي مختلف بررسی می شود.نتایج با لوله مرکزي دایروي و لوله بیرونی اسپیرال نشان می دهد با افزودن نانوسیال می توان انتقال حرارت را از 9 تا 26 درصد افزایش داد. این افزایش در حالتی که هر دو لوله داخلی و خارجی اسپیرال بوده از 18 تا 53 درصد خواهد بود.ولی با افزایش کسر حجمی نانو سیال و عدد رینولدز،افت فشار کل بوجود آمده بیشتر شده که بهترین حالت آن رینولدز 900 و غلظت %5 می باشد.
کلمات کلیدي: لوله اسپیرال،مبدل حرارتی،نانو سیال،انتقال حرارت جابجایی
.1 مقدمه
مولد بخاروبطورخاص مبدل هاي حرارتی در صنایع کاربرد زیادي دارند.افزایش راندمان این تجهیزات می تواند باعث افزایش راندمان کل نیروگاه شود.این امر از طریق تغییر هندسه و همچنین تغییر غلظت نانو سیال امکان پذیر است.در این پروژه سعی شده اثر تغییر هندسه یک مبدل حرارتی دو لوله اي خاص و همچنین تغییر غلظت نانو سیال،میزان افزایش کارایی محاسبه شود.که با شبیه سازي یک واحد از لوله هاي مارپیچ وتغییر پارامتر هاي اصلی مانند هندسه، نوع و میزان غلضت سیال،دماي سیال و عدد رینولدز،عملکرد وتاثیر یک مبدل را مشخص نماییم.دکتر چوي [1] اولین شخصی بود که سیال حاوي نانو را در آزمایشگاه آرگون2 تولید کرد.و آنرا نانو سیال نامگذاري نمود. یانوآر وهمکاران [2]
به صورت تجربی به مطالعه انتقال حرارت جریان آرام در لوله اسپیرال پرداختند وتاثیر افزایش نانو سیال را به وضوح دیدوهمچنین هاشمی [3] به بررسی میزان انتقال حرارت و افت فشار در یک لوله مارپیچ و تفاوت آن با لوله صاف پرداخت وتاثیر انحناء موجود در لوله هاي مارپیچ راکه موجب افزایش افت فشار نسبت به لوله صاف شده بود را مشاهده و رابطه اي براي عدد ناسلت ارائهنمود.غفاري [4] به بررسی عددي میزان انتقال حرارت با ذراتی به قطر 21nm از روشدو فازي در یک لوله خمیده پرداخت. در این تحقیق تأثیر کسر حجمی و نیروي گریز از مرکز مورد بررسی قرارگرفت.
بهبهانی [5] با آزمایش بر روي یک لوله مارپیچ و صاف به بررسی تأثیر پارامترها یی از قبیل عدد رینولدز،دین، پارامترهاي هندسی و کسر حجمی بر میزان انتقال پرداخت.و مشاهده نمود درحالی که هندسه لوله ها ي مارپیچ تأثیر بسزایی بر انتقال حرارت دارند. همچنین کاهش نسبت قطر کویل به موجب افزایش انتقال حرارت می شود.ون [7][6]تغییرات ضریب انتقال حرارت جابجایی را در لوله افقی و براي غلظتهاي مختلفی بررسی نموده و افزایش %5 در محدوده رینولدزپایینمشاهد نمود.هو [8]در رژیم جریان آرامبا انجام آزمایش يضریب انتقال حرارت جابجایی ومیزان افزایشانتقالحرارتنانوسیال نسبت به سیال پایه %40 گزارش نمود.گوین و همکاران [10][9]تاثیر نانو سیال در میکرو کانال ها بررسی نمود و افزایش%30 براي %8.6 حجمی اکسید آلومینیوم و آب در محدوده ي عدد رینولدز 9000 مشاهده نموده است. در تحقیق انجام شده با توجه به نتایج فوق و افزایش انتقال حرارت و افت فشار نبود نقطه بهینه در لوله هاي مارپیچ ،غلظت هاي %1 ،%3 ،%5 ورینولدزهاي متفاوت بهینه ترین حالت بررسی و گزارش گردید.
-2 متن وبدنه اصلی مقاله
نمایی از مبدل مورد بررسی در دو حالت لوله داخلی دایروي و لوله اسپیرال به ترتیب در شکل هاي 1 و 2 نشان داده شده است.که طول آن 800 mm قطر لوله داخلی دایروي 10میلیمتر،لوله بیرونی آن اسپیرال و ابعاد آن مطابق با طبق جدول 1،دماي سیال ورودي لوله دایروي داخلی 350Kو سیال لوله بیرونی 300K می باشد.سپس با افزودن تیتانیوم اکسید به سیال پایه آب با درصد حجمی %1 ، %3 و %5 و رینولدز 1500،1200،900،500 میزان افزایش انتقال حرارت آن را اندازه گیري نموده و در ادامه با همین شرایط با هندسه شکل 2 که هر دولوله داخلی و خارجی اسپیرال بوده اندازه گیري و مقایسه گردید.قابل توجه اینکه نوع جریان آرام می باشد.ودبی سیال گرم لوله داخلی ثابت و لوله بیرونی با سرعت و غلظت هاي متفات تست می گردد.
جریان سیال مورد بررسی ترکم ناپذیر ،آرام وسه بعدي می باشد.خواص سیال در طول لوله یکنواخت.جریان بصورت دائم انتقال حرارت اطراف لوله بیرونی ناچیز - عایق - می باشد.دماي ورودي لوله داخلی 300 کلوین می باشد. معادلات زیر به روش عددي حل و توسط نرم افزار انسیس فلوئنت انجام شده است.روش به کار رفته حجم محدود می باشد.معادلات حاکم عبارتند از :
-4 نتایج و بحث
نمونه شبکه محاسباتی در شکل 3 نمایش داده شده است.ابتدا براي اطمینان از دقت شبکه محاسباتی به مطالعه شبکه پرداخته شد است. براي این منظورچهار شبکه با دقت هاي متفاوت در نظر گرفته شد.نتایج بدست آمده از آنها در شکل 4 ترسیم ونمایش داده شد. وهمانطور که ملاحضه می شود با افزایش تراکم شبکه تغییر نامحسوسی در نتایج حاصل شده و شبکه grid3 مورد مناسب براي ادامه حل خواهد بود.
