بخشی از مقاله
خلاصه
در این مقاله، میزان افزایش انتقال حرارت در اثر افزودن نانولوله کربنی چند دیواره به روغن انتقال حرارت ، به صورت عددی در شرایط دما ثابت و در لولههایی با مقاطع هندسی متفاوت مورد بررسی قرار میگیرد. روغن انتقال حرارت بهران HT-B به همراه نانوسیال روغن انتقال حرارت-MWCNT با غلظتهای جرمی 0/1 و 0/2 درصد به عنوان سیالات کاری در نظر گرفته شدند. نتایج بیانگر این است که افزودن نانوذرات باعث افزایش ضریب هدایت حرارتی روغن شده و نشان می دهد که در اعداد گراتز بالاتر با افزایش غلظت نانو ذرات در روغن، میزان افزایش ضریب جابجایی انتقال حرارت به مراتب بالاتر است.
-1 مقدمه
خنککاری جزیی ناگزیر برای ثابت نگه داشتن عملکرد مورد نظر و مطمئن محدوده وسیعی از محصولات همانند کامپیوترها، موتور خودروها است. با افزایش شارهای حرارتی که در اثر تولید قدرت بیشتر و یا اندازههای کوچکتر بوجود آمدهاست، خنککاری به یکی از بزرگترین چالشهای پیش روی صنایع پیشرفتهای چون میکروالکترونیک، حمل و نقل، ساخت و دفاع تبدیل شده است. اگرچه خنککاری با هوا معمولترین سیستم خنککاری تاکنون است، اما برخی محصولات احتیاج به سیالات خنککنندهای با قابلیتهای بالاتر دارند.
راههای مرسوم در بهبود انتقال حرارت در سیستمهای حرارتی عبارت از افزایش سطح تماس و تغییر مشخصات جریان میباشند، اما روشهای دیگری نیاز است که پاسخگوی کامل درخواست صنایع در خنککاری باشد.
پتانسیل بالایی را برای توسعه سیستمهای خنککاری با عملکرد بالا، در حجم کوچک و با صرفه اقتصادی ارائه میدهد. اما مسئلهای که در استفاده از نانو سیال میبایست مد نظر قرار گیرد، این هست که استفاده از نانو سیالات بر میزان افت فشار تاثیر زیادی می گذارد که نبایستی ار این عامل چشم پوشی کرد.
با توجه به بررسیهای انجام شده، بهنظر میرسد که تاکنون مطالعات کمی برای سنجش تأثیر بکارگیری همزمان نانوسیال و هندسههای افزایشی ویژه انتقال حرارت صورت گرفته است، ضمن اینکه نانوسیالات تهیه شده با سیالات پایه و یا نانوذرات متفاوت خواص غیریکسانی دارند و نمیتوان رابطهای یکسان برای آنها در نظر گرفت.
دلیل اصلی برای فراهم ساختن نانوسیال روغن انتقال حرارت- نانو لوله های کربنی این است که نانو لولههای کربنی به عنوان افزودنی به روغن موتور به منظور کاهش حرارت قسمتهای بسیار داغ موتور می تواند استفاده شوند. همچنین این ذرات به دلیل شکل استوانه خود دارای خواص ضد سایش نیز میباشند. برای بررسی بهتر رفتار نانو لوله های کربنی، از روغن انتقال حرارت بدون افزودنی بهران - HT-B - استفاده شده است.
لذا در این مطالعه به بررسی تأثیر همزمان استفاده از نانوسیال روغن انتقال حرارت- نانولولههای کربنی و جایگزین کردن لولههای دایروی با لولههای غیر دایروی - با مقطع مستطیلی شکل - بر میزان انتقال حرارت میپردازیم.
-2 پیشینه تحقیق
1 انتقال حرارت Al O در آب را مورد آزمایش قرار دارند. نتایج نشان داد که انتقال حرارت به خصوص در ناحیه ورودی افزایش مییابد و این مقدار افزایش در میزان انتقال حرارت بیشتر از اثر افزایش هدایت حرارتی سیال به تنهایی میباشد. حرکت نانوذرات و در نتیجه اثر بر روی لایه مرزی - کاهش ضخامت لایه مرزی - بعنوان دلیل افزایش غیرعادی انتقال حرارت معرفی گردید.
هریس و همکاران[2]2 برای دو نوع نانوسیال اکسید مس/آب و اکسید آلومینیوم/ آب جابجایی درون لوله را مورد آزمایش قرار دادند. همانطور که از شکل مشخص است برای ایجاد شرایط دمای سطح ثابت در لوله از جریان بخار اشباع در بیرون لوله استفاده شده است.. نتایج آزمایش نشان داد که با افزایش غلظت حجمی و عدد پکلت ضریب انتقال حرارت افزایش می یابد و میزان افزایش ضریب انتقال حرارت برای نانوسیال حاوی اکسید آلومینیوم بیشتر است. همچنین ضریب انتقال حرارت بدست آمده بیشتر از مقداری است که از روابط کلاسیک و با درنظر گرفتن خواص ترمودینامیکی نانوسیال به دست میآید.
انتقال حرارت دو نانوسیال آب-اکسید تیتانیوم و آب-اکسید آلومینیوم در کانال حلقوی تحت شرایط دما ثابت توسط نصیری و همکاران[3] 3 مورد بررسی قرار گرفت. بر اساس نتایج در یک پکلت ثابت عدد ناسلت افزایش قابل توجهی نسبت به سیال پایه دارد. همچنین با افزایش غلظت هر دو نانوسیال، انتقال حرارت جابجایی نیز افزایش مییابد.
نقوی و همکاران[4] 4 در پژوهش تجربی خود به بررسی انتقال حرارت نانو سیال روغن انتقال حرارت-MWCNT در لوله-های تخت و دایرهای میپردازند . آنها در این پژوهش از نانو ذرات در غلظتهای جرمی %0/05، %0/1 و %0/2 استفاده کرده اند. آنها به این نتیجه رسید که در اعداد گراتز بالاتر با افزایش غلظت نانو ذرات در روغن انتقال حرارت میزان افزایش انتقال حرارت نمود بیشتری دارد. ضمناً مشاهده میشود که در اعداد گراتز پایینتر گاهاً افزایش میزان نانوذرات باعث کاهش میشود.
ضریب جابجایی گردیده است که علت را میتوان در شکل نگرفتن حرکات کاتورهای در جریانهای آرامتر - با اعداد گراتز و رینولدز پایینتر - جستجو کرد .[4]
اخوان بهابادی و همکاران[5] 1 در یک تحقیق تجربی به مطالعه انتقال حرارت و افت فشار جریان آشفته نانوسیال - آب- - MWCNT در یک لوله مسی که داخل آن سیم مارپیچ - لوله کویل دار - میباشد، تحت شار حرارتی ثابت پرداختند. مشاهدات آنها نشان می دهد که در بالاترین عدد رینولدز و در داخل لوله کویل دار با بالاترین قطر سیم، به طور متوسط 85 درصد افزایش در ضریب انتقال حرارت و 475 درصد افت فشار وجود خواهد داشت.
