27860

تحليل عددي آنتروپي و انتقال حرارت افزودن نانوذرات در لوله هاي مارپيچي داراي فوم فلزي متخلخل

كارشناسي ارشد

مهندس مكانيك - تبديل انرژي

1399

1401/11/08

جناب آقاي دكتر حميد صفاري

مكانيك

با افزايش بار‌هاي حرارتي، مديريت حرارتي دستگاه‌ها جهت حفظ بازده مطلوب، موضوعي مهم در صنايع با تكنولوژي پيشرفته است و تلاش مي‌شود تا با استفاده از روش‌هاي نوين عملكرد مبدل‌هاي حرارتي بهبود داده شود. در اين مطالعه شبيه‌سازي عددي انتقال حرارت و توليد آنتروپي جريان نانوسيال آب اكسيد آلومينيوم در لوله مارپيچي داراي فوم فلزي متخلخل انجام شده است. رژيم جريان نانوسيال درون لوله مارپيچي آرام و غلظت نانوسيال اكسيد آلومينيوم بين 0% تا 8% است. همچنين عدد دين مورد بررسي بين 290 تا 1160 و گام لوله مارپيچي 24، 30، 36، 42 و 48 ميلي‌متر مي‌باشد. ضريب تخلخل فوم‌هاي مورد بررسي ما بين 8/0 تا 95/0 و عدد دارسي نيز بين 0001/0 تا 1/0 است. كليه شبيه‌سازي‌ها به صورت حالت پايا انجام مي‌شوند و نانوسيال درون لوله مارپيچ به صورت تراكم‌ناپذير فرض مي‌شود. كوپل سرعت و فشار از طريق الگوريتم سيمپل است. همچنين از روش حجم كنترل براي گسسته‌سازي معادلات بقاي حاكم استفاده مي‌شود. مقايسه نتايج نخستين شبيه‌سازي‌ها با نتايج تجربي نشان مي‌دهد شبيه‌سازي‌هاي انجام شده دقت مناسبي دارند. نتايج به دست آمده از شبيه‌سازي‌هاي عددي نشان داد عدد ناسلت جريان نانوسيال درون لوله مارپيچي با افزودن غلظت نانوذرات از 8% تا 2/58% افزايش پيدا مي‌كند. همچنين مقدار افت فشار نيز تا 8/39% افزايش مي‌يابد و با افزايش غلظت نانوسيال، توليد آنتروپي كلي كاهش مي‌يابد. با افزايش عدد دين، عدد ناسلت و افت فشار به دليل افزايش عدد رينولدز افزايش پيدا كرده است و اين موضوع سبب كاهش توليد آنتروپي كلي شد. همچنين نتايج نشان داد با استفاده از نانوسيال با غلظت 5% و نيز عدد دين 1160، افزايش گام لوله اثر چنداني بر انتقال حرارت و توليد آنتروپي نداشته است. استفاده از فوم فلزي با تخلخل 8/0 تا 95/0 موجب افزايش عدد ناسلت تا 380% شد و توليد آنتروپي اصطكاكي در اين حالت به دليل افزايش افت فشار، رشد 96% داشت. استفاده از فوم فلزي متخلخل با اعداد دارسي بيشتر نيز موجب كاهش35% تا 54% عدد ناسلت و نيز 45% تا 84% افت فشار شده است اما توليد آنتروپي كل 7% افزايش پيدا كرده است.

1401/11/23

Numerical Investigation on Heat Transfer and Entropy Generaion of Adding Nanoparticles in Helical Coil Tube with Porous Metal Foam

1/28/2024 12:00:00 AM

Today by the increase in heat loads, the thermal management of the devices to maintain optimal efficiency is the most important issue in different industries and has been attempted to improve the performance of heat exchangers using new methods. In this study, the numerical simulation of heat transfer and entropy generation of water-Al2O3 nanofluid was performed in the helical coil tube with porous metal foam. The nanofluid inside the helical coil tube was laminar and the water-Al2O3 nanofluid concentration was between 0% and 8%. Also, the Dean number was between 290 and 1160 and the helical tube pitch was 24, 30, 36, 42 and 48 mm. The porosity of the metal foam was between 0.2 and 0.8 to 0.95 and the Darcy number was between 0.0001 and 0.1. The results of numerical simulations showed that the water-Al2O3 nanofluid nusselt number increased by incresing nanofluid concentration to 58.2%. Also, the pressure drop increased to 39.8%, and by increase the nanofluid concentration, total entropy generation decreased. By increase the Dean number, nusselt number and pressure drop has increased due to the increase in Reynolds number, which reduced overall entropy generation. The results also showed that the increase in helical tube pitch had little effect on heat transfer and entropy. Using the metal foam with porosity between 0.8 to 0.95 increased the nusselt number up to 136%, and the friction entropy generation increased significantly due to increased pressure drop. Using the porous metal foam with different Darcy numbers showed that the nusselt number and pressure drop reduced, but the total entropy generation has increased.

لوله مارپيچي , فوم متخلخل فلزي , نانوسيالات , انتقال حرارت , آنتروپي

Helical Coil Tube , Porous Metal Foam , Nanofluids , Heat Transfer , Entropy

mohammad hashemzadeh akbari

hamid saffari