بخشی از مقاله
چکیده:
در این مقاله تأثیر استفاده از نانو سیال اکسید مس با غلظت ها و مشخصات فیزیکی مختلف و در مقایسه با آب بعنوان مایع خنک کننده در یک مبدل حرارتی صفحه ای بصورت مدلسازی عددی مورد بررسی قرار گرفته است. تأثیر عدد رینولدز ورودی و سایر پارامتر ها مورد بررسی قرار گرفته و پایه مدلسازی میباشد. تولید هندسه و شبکه بندی مبدل حرارتی صفحه ای در نرم افزار گمبیت و با استفاده از ابعاد داده شده انجام گرفته و جهت تحلیل و مدلسازی عددی از نرم افزار دینامیک سیالات محاسباتی فلوئنت استفاده شده و نتایج حاصل ازخروجی نرم افزار ملاک عمل قرارگرفته است.
نمودارهای انتقال حرارت واختلاف فشار بر حسب عدد رینولدز ورودی رسم گردیده و غلظت های مختلفی از نانو سیال مورد بررسی قرار گرفته و بهترین غلظت حجمی که می توان مورد استفاده قرار داد انتخاب گردیدهاست. شبیه سازیهای عددی نشان میدهند که استفاده از نانوسیال اکسید مس با غلظت %4 حجمی، حالت بهینه بین افزایش انتقال حرارت و افت فشار را دارا میباشد.
-1 مقدمه
مبدل های حرارتی تقریباًپرکاربرتر ین عضو در فرآیندهای شیمیایی اند و می توان آن ها را در بیشتر واحدهای صنعتی ملاحظه کرد. مبدلهای حرارتی وسایلی هستند که امکان انتقال انرژی گرمایی بین دو یا چند سیال در دماهای مختلف را فراهم می کنند. این عملیات می تواند بین مایع- مایع، گاز- گاز و یا گاز- مایع انجام شود. مبدل های حرارتی به منظور خنک کردن سیال گرم و یا گرم کردن سیال با دمای پایین تر و یا هر دو مورد استفاده قرار می گیرند. مسأله صرفه جویی مصرف انرژی در سیستم های صنعتی از اهمیت ویژه ای برخوردار است از این رو استفاده از موادی که گرما را بخوبی انتقال دهند مهم است. سیستمهای خنک کننده، یکی از مهمترین دغدغههای کارخانهها و صنایعی مانند میکروالکترونیک و هر جایی است که به نوعی با انتقال گرما روبه رو باشد.
ماسودا افزایش 30 درصدی هدایت گرما را با اضافه کردن 4/3 درصد حجمی آلومینا به آب گزارش کرده است. [5] لی افزایش 15 درصدی را برای همین نوع نانوسیال با همین درصد حجمی گزارش کرده است که تفاوت این نتایج را ناشی از تفاوت در اندازه نانوذرات به کار رفته در این دو تحقیق می داند. قطر متوسط ذرات آلومینای به کار رفته در آزمایش اول 13 نانومتر و در آزمایش دوم33 نانو متر بوده است. [5]
ون و دینگ در سال 2004 و زینالی هریس و همکاران در سال 2007 و ونگ در سال 2009، 17 درصد افزایش هدایت گرما را برای فقط 4 درصد حجمی از نانوذرات اکسید مس در آب گزارش کرده است. برای نانوسیال با پایه اتیلن گلیکول، افزایش بالای 40 درصد برای 3 درصدحجمی مس با متوسط قطر ده نانومتر گزارش شده است.
Lee,Mudawar در سال 2007 و Jung و همکاران در سال 2009 تاثیر استفاده از نانوسیال اکسید آلومینیم را در میکرو کانالها و در جریان آرام بصورت تجربی و با درصد های مختلف نانوسیال مورد بررسی قرار دادند و شاهد افزایش چشم گیر ضریب انتقال حرارت هدایتی بودند و به تبع آن تاثیر استفاده از نانوسیال را عامل اصلی افزایش انتقال حرارت دانستند.
Pak,Cho در سال 1998 و Xuan,Li در سال 2003 و William و همکاران در سال 2008 کاربرد گونههای مختلفی از نانوسیال را در حال مغشوش در یک مبدل حرارتی لولهای بکار بردند و شاهد افزایش انتقال حرارت چشمگیری بودند.
در سال Nguyen 2007 و همکاران تاثیر استفاده از نانوسیال اکسید مس را در مبدل یک سیستم سرمایشی مایع استفاده کرده و شاهد افزایش 40 درصدی برای ضریب انتقال حرارت جابجایی بودند. [14]
در سال R. Saidur 2012 و همکاران بصورت تجربی یک مبدل حرارتی پوسته لولهای را با استفاده از نانوذرات مس با سیال پایه اتیل گلیکول مدلسازی نمودند. در این مبدل درصد حجمی نانوذرات مس 1 درصد بوده و نانوسیال با دبی جرمی 26/3-116 کیلوگرم بر ثانیه جریان داشته است و با این شرایط شاهد افزایش 7/8 درصدی انتقال حرارت بودند. Paras و همکاران نیز تاثیر استفاده از نانو سیال را در یک مبدل حرارتی صفحه ای مورد بررسی قرار دادند.
-2 مشخصات مبدل حرارتی
-1-2 طراحی هندسی مبدل حرارتی
در جدول زیر مشخصات هندسی مبدل حرارتی صفحهای مورد استفاده درمقاله آورده شده است: [15]
جدول :1 مشخصات مبدل حرارتی صفحهای
مبدل فوق ازنوع تجاری و با نام آلفا لاوال میباشد که شامل 16 عدد صفحه از جنس استیل زنگ نزن بوده و از محیط خارج ایزوله میباشد. در این مبدل هر جریان سیال در گذرهای جداگانه قرار دارند که شامل 8 عدد صفحه میباشد و جریانها کاملا از هم جدا میباشند. این مبدل از نوع شورون میباشد که زاویه هر شورون در جهت عمود بر گذر جریان 50 درجه و طول موج هر کدام 8/6 میلیمتر می باشد. در این مبدل سیال گرم یا همان نانوسیال بادمای 50 درجه سانتیگراد و سیال سرد یا همان آب با دمای 30 درجه سانتیگراد وارد مبدل می گردد. [15] شکل هندسی مبدل حرارتی مورد استفاده و مشخصات ورود و خروج سیالات نیز در شکل زیر آورده شده است:
