بخشی از مقاله
چكيده
در اين مقاله، ميزان افت فشار در اثر افزودن نانولوله كربني چند ديواره به روغن انتقال حرارت ، به صورت عددي در شرايط دما ثابت و در لولههايي با مقاطع هندسي متفاوت مورد بررسي قرار ميگيرد. روغن انتقال حرارت بهران HT- B به همراه نانوسيال روغن انتقال حرارت-MWCNT با غلظتهاي جرمي ١/٠ و ٢/٠ درصد به عنوان سيالات كاري در نظر گرفته شدند. نتايج بيانگر اين است كه مقطع هندسي لوله اثر مشابهي با افزايش لزجت توسط افزودن نانولولههاي كربني بر افت فشار دارد.
١- مقدمه
خنككاري جزيي ناگزير براي ثابت نگه داشتن عملكرد مورد نظر و مطمئن محدوده وسيعي از محصولات همانند كامپيوترها، موتور خودروها است. با افزايش شارهاي حرارتي كه در اثر توليد قدرت بيشتر و يا اندازههاي كوچكتر بوجود آمدهاست، خنككاري به يكي از بزرگترين چالشهاي پيش روي صنايع پيشرفتهاي چون ميكروالكترونيك، حمل و نقل، ساخت و دفاع تبديل شده است . اگرچه خنككاري با هوا معمولترين سي ستم خنككاري تاكنون ا ست، اما برخي مح صولات احتياج به سيالات خنككنندهاي با قابليتهاي بالاتر دارند.
راههاي مرسوم در بهبود انتقال حرارت در سيستمهاي حرارتي عبارت از افزايش سطح تماس و تغيير مشخصات جريان ميباشند، اما روشهاي ديگري نياز ا ست كه پا سخگوي كامل درخوا ست صنايع در خنككاري با شد. تكنولوژي نانو سيال پتان سيل بالايي را براي توسعه سي ستمهاي خنككاري با عملكرد بالا، در حجم كوچك و با صرفه اقتصادي ارائه ميدهد . اما مسئلهاي كه در استفاده از نانو سيال ميبايست مد نظر قرار گيرد، اين هست كه استفاده از نانو سيالات بر ميزان افت فشار تاثير زيادي مي گذارد كه نبايستي ار اين عامل چشم پوشي كرد.
با توجه به بررسيهاي انجام شده، بهنظر ميرسد كه تاكنون مطالعات كمي براي سنجش تأثير بكارگيري همزمان نانوسيال و هندسههاي افزايشي ويژه انتقال حرارت صورت گرفته است، ضمن اينكه نانوسيالات تهيه شده با سيالات پايه و يا نانوذرات متفاوت خواص غيريكساني دارند و نميتوان رابطهاي يكسان براي آنها در نظر گرفت.
دليل اصلي براي فراهم ساختن نانوسيال روغن انتقال حرارت- نانو لوله هاي كربني اين است كه نانو لولههاي كربني به عنوان افزودني به روغن موتور به منظور كاهش حرارت قسمتهاي بسيار داغ موتور مي تواند استفاده شوند. همچنين اين ذرات به دليل شكل استوانه خود داراي خواص ضد سايش نيز ميباشند. براي بررسي بهتر رفتار نانو لوله هاي كربني، از روغن انتقال حرارت بدون افزودني بهران - HT-B - استفاده شده است.
لذا در اين مطالعه به بررسي تأثير همزمان استفاده از نانوسيال روغن انتقال حرارت- نانولولههاي كربني و جايگزين كردن لولههاي دايروي با لولههاي غير دايروي - با مقطع مستطيلي شكل - بر ميزان افت فشار ميپردازيم .
٢- پيشينه تحقيق
افزودن نانو ذرات به سيالات براي افزايش انتقال حرارت م شكلاتي از جمله تجمع ذرات درون سيال، تهن شيني ذرات و از همه مهمتر افزايش افت فشار را دارا است. به هر حال تحقيقات كمي در زمينه افت فشار نانوسيالات موجود است كه افزايش افت فشار را در كنار افزايش انتقال حرارت بررسي كردهاند كه در زير برخي از آنها آورده شده است.
كو و همكاران١[1] يك تحقيق تجربي براي بررسي افت فشار نانوسيال شامل نانولولههاي كربني در لوله افقي را فراهم آوردند. آنها مقادير مختلف ويسكوزيته برحسب نرخ برش را بدست آوردند و مشاهده كردند كه با افزايش نرخ برش ويسكوزيته كاهش مييابد. بنابراين، آنها گزارش كردند كه افت فشار براي اين نانوسيالات به طور قابل توجهي در جريان آرام افزايش مييابد. به هر حال، زماني كه دبي جريان افزايش يابد افت فشار نانوسيال به سيال پايه نزديك ميشود.
رازي و اخوان [2] افت فشار و انتقال حرارت نانوسيال روغن پايه- اكسيد مس در داخل لوله تخت با شرايط مرزي شار ثابت براي جريان آرام برر سي كردهاند. غلظت جرمي نانو سيال كمتر از ٢ در صد بود. آنها م شاهده كردند كه افت ف شار جريان با افزايش غلظت نانوذرات افزايش مييابد. آنها همچنين نتيجه گرفتند تخت كردن لوله روش موثري در افزايش انتقال حرارت نسبت به اضافه كردن نانوذرات به روغن پايه ميباشد.
نقوي و همكاران٢ [3] در پژوهش تجربي خود به بررسي افت فشار نانو سيال روغن انتقال حرارت-MWCNT در لولههاي تخت و دايرهاي پرداختند. آنها به اين نتايج رسيدند كه تغييرات پارامتر افت فشار با عدد رينولدز براي تمامي نانوسيالات تقريبا يكسان است. در مورد لولههاي مستطيلي نيز تغييرات پارامتر افت فشار به همين منوال است و براي تمامي سيالات مورد مطالعه نسبتاً يكسان به دست ميآيد همچنين، آنها نشان دادند كه پارامتر افت فشار در لولههاي مختلف با افزايش نسبت ابعادي لوله به شدت افزايش مييابد.
اخوان بهابادي و همكاران٣ [4] در يك تحقيق تجربي به مطالعه انتقال حرارت و افت فشار جريان آشفته نانوسيال - آب-MWCNT - در يك لوله م سي كه داخل آن سيم مارپيچ - لوله كويل دار - ميبا شد، تحت شار حرارتي ثابت پرداختند. م شاهدات آنها ن شان مي دهد كه در بالاترين عدد رينولدز و در داخل لوله كويل دار با بالاترين قطر سيم، به طور متو سط ٨٥ در صد افزايش در ضريب انتقال حرارت و ٤٧٥ درصد افت فشار وجود خواهد داشت.
٣- مشخصات روغن و نانو ذره ٣-١- مشخصات روغن
مشخصات فني ارائه شده از طرف كارخانه براي اين روغن در جدول ١ آمده است.
جدول١- مشخصات فني روغن انتقال حرارت شركت بهران.
٣-٢- مشخصات نانو ذره
خواص MWCNT كه توسط توليد كنندهي آن اندازهگيري شده است به قرار زير ميباشد.
مساحت سطح ويژه 270 m2/gr : - BET -
طول : - ميكرومتر - 10 µm
قطر : 10-30 nm
هدايت حرارتي : 1500 W/mK
٤- معادلات حاكم
معادلات حاكم بر م سئله شامل معادلات پيو ستگي، مومنتوم و انرژي ميبا شد كه با توجه به فراگير بودن آنها، ذكر ن شده ا ست. اما با توجه به نوع مسئله ، خصوصيات نانو سيال به صورت udf در فلوئنت وارد شده است كه از فرمول هاي زير براي نوشتن udf استفاده شده است.
٤-١- چگالي نانو سيال
چگالي نانوسيال معمولا از طريق رابطه پاك و چو١ [5] بدست ميآيد كه در آن درصد جرمي نانوذرات، چگالي نانوذرات و چگالي سيال پايه است.
