چکیده

در این تحقیق گزارشی از یک مطالعه آزمایشگاهی و عددی روی ضریب انتقال حرارت جابجایی اجباری نانوسیال آب-  نانو لوله های کربنی چند دیواره ارائه شده است. این کار توسط یک مبدل حرارتی دولوله ای در حالت جریان غیرهمسو و تحت شرایط جریان متلاطم انجام شده است. همچنین اثر نرخ جرمی جریان نانوسیال و غلظت نانوذرات بر روی ضریب انتقال حرارت بررسی شده است.

نتایج تجربی نشان میدهد که در تراکم بهینه نانوذرات، ضریب انتقال حرارت جابجایی نانوسیال نسبت به سیال پایه حدود 24% افزایش مییابد.

همچنین افزایش انتقال حرارت با استفاده از حل عددی و بافرض نانوسیال به عنوان سیال تکفاز مورد بررسی قرار گرفت، سپس نتایج عددی با داده های آزمایشگاهی مقایسه شد.

واژه های کلیدی: ضریب انتقال حرارت جابجایی، مبدل حرارتی دولوله ای، نانوسیال ،نانولوله کربنی چندجداره

چکیده ……………………………………………………………………………………………………………… ا

فهرست مطالب…………………………………………………………………………………………………… ب

فهرست جداول…………………………………………………………………………………………………..  ه

فهرست شکل ها …………………………………………………………………………………………….. و

کانتور های نمونه برای حل

کانتور های نمونه برای حل

فصل اول : مقدمه و طرح مسئله 

1-1-  مقدمه …………………………………………………………………………………………………  2

در مورد بازده انتقال حرارت در تجهیزاتی نظیر مبدل های حرارتی هدایت حرارتی سیال حامل انرژی و ضریب انتقال حرارت نقش اساسی را به عهده دارند سیالات متداول حاوی انرژی در صنایع را معمولا سیالاتی نظیر اب روغن ها و اتلین گلایکون تشکیل می دهند با افزایش رقابت جهانی در زمینه صنایع مختلف و نقش انرژی در هزینه تولید این صنایع به شدت به سمت توسعه صنایع پیشرفته و جدید با شاخصهای عملکردی بالا پیش می روند .

ضریب هدایت حرارتی فلزات نسبت به مایعات متداول بسیار بالاتر است.به عنوان مثال هدایت حرارتی مس در دمای محیط حدود 700 برابر اب و 3000 برابر روغن موتور است .در شکل 1.1. ضریب هدایت حرارتی مواد مختلف با هم مقایسه شده است. مشاهده می شود که فلزی و کربن دارای ضرایب هدایت  بسیار بیشتر از مواد غیر فلزی هستند به همین دلیل انتظار می رود که سیالات حاوی ذرات جامد معلق فلزی یا اکسید فلزی دارای هدایت حرارتی بیشتری نسبت به سیالات خالص باشند.

مطالعات مربوط به ذرات مخلوط در سیالات به ده ها سال قبل بر می گردد بطوریکه کار تئوری و نظری ماکسول حدود 100 سال پیش منتشر شده است اما بررسی های انجام شده تا دو دهه اخیر برای ذراتی که دارای اندازه میلیمتری یا میکرومتری بودند صورت گرفته بود در این اندازه ها ذرات با مشکل جدی ته نشینی سریع روبه رو بودند به این مشکل باید مسئله سایش در مسیر جریان و افزایش افت فشار  را نیز اضافه کرد.

فن اوری جدید نانوتکنولوژی این امکان را فراهم اورده تا بتوتن ذراتی با اندازه بسیار کوچک نانومتری تولید و فراوری کرد این پیشرفت سبب شد تا در سال 1993 فکر استفاده از نانو ذرات فلزی در داخل سیالات حامل انرژی نظیر اب و اتیلن گلایکون ایجاد و موضوع نانو سیال به عنوان موضوع جدید انتقال حرارت مطرح گردد چوی از بخش تکنولوژی انرژی ازمایشگاه ملی ارگون امریکا در سال 1995 برای اولین بار موضوع نانو سیالات متداول انتقال حرارت که به عنوان سیال پایه شناخته می شوند به دست می اسند .پراکندگی نانو ذرات در سیالات می تواند کاملا یا تقریبا همگن باشد

متوسط اندازه ذرات استفاده شده در نانو سیالات زیر 150nm است.هرچه امروزه تحقیقات به این اندازه محدود نبود و ذراتی با توزیع اندازه های مختلف در دامنه 1nmتا100nm مورد مطالعه قرار می گیرند.

با توسعه تحقیقات در زمیسنه نانو سیالات امروزه نانو سیال را نه فقط از طریق افزودن نانو ذرات فلزی بلکه از طریق افزودن نانو ذرات اکسیدهای فلزی و نانو لوله های کربنی نیز می توان تهیه کرد افزودن نانو ذرات اعم از فلزی اکسیدهای فلزی یا نانو لوله های کربنی به یک سیال نظیر اب فقط هدایت حرارتی ان را تحت تاثیر قرار نداده بلکه سایر خواص فیزیکی نظیر ظرفیت حرارتی سیال نیز تحت تاثیر قرار می گیرد .مجموعه تغییرات ایجاد شده در خواص ترموفیزیکی سیال سبب می شود تا علاوه بر افزایش هدایت حرارتی در انتقال حرارت جابجایی نیز شاهد افزایش چشمگیر ضریب انتقال حرارت باشیم.

امروزه تحقیقات در زمینه نانوسالات ابعاد بسیار گسترده ای پیدا کرده است از یک سو از محققین در رابطه با فزایش هدایت حرارتی سیالات و افزایش انتقال حرارت پیگیر ساخت و تهیه نانو سیالات با انواع نانو ذرات و نانو لوله ها با توزیع اندازه های مختلف هستند از طرف دیگر برخی دیگر از محققین به بررسی مسئله پایداری و عدم ته نشینی نانو ذرات در طی فرایند انتقال حرارت و عدم کلوخه شدن یا مهاجرت انها می پردازد.

ایجاد تغییرات در خواص رئولوؤیکی سیال پایه با افزودن نانو ذرات بخشی از تلاش های محققین را به بررسی این موضوع معطوف داشته است و این در حالی است که محققین دیگر در حال تهیه و ساخت نانو سیالات هیبریدی پیشرفته اعم از پلی نانو سیالات و ناو سیالات کاهش دهنده اصطکاک می باشند.

شیوه تهیه و فراوری نانو سیال یا به عبارت دیگر نحوه معلق سازی ذرات جامد در سیال پایه و افزودن نانو ذره به سیال پایه نیز یکی از حوزه های تحقیقاتی مهم در زمینه نانو سیالات می باشد.

1-2-  مزایای بالقوه نانوسیال ……………………………………………………………………………..  4

1-2- 1-  بهبود انتقال حرارت و پایداری  ………………………………………………………………….  4

1-2- 2-  کاهش توان لازم برای پمپاژ سیال …………………………………………………………….  5

1-2- 3-  کاهش گرفتگی و انسداد مجاری ………………………………………………………………  5

1-2- 4-  کاهش اندازه های سیستم های انتقال حرارت  ……………………………………………..  5

1-2- 5-  کاهش هزینه ها …………………………………………………………………………………  6

1-3-  تهیه نانوسیال  ………………………………………………………………………………………  6

1-3- 1-  روش تهیه یک مرحله ای  ……………………………………………………………………  6

1-3- 2-  روش تهیه دو مرحله ای  ………………………………………………………………………  8

1-4-  پایداری نانوذرات در نانوسیالات ……………………………………………………………………  8

نانوذراتی که روش یک مرحله ای و یا به روش دو مرحله ای تهیه می گردند باید تا حد ممکن پایدار بوده و ذرات پراکنده شدهدر سیال تجمع پیدا نکرده و ته نشین نشوند برای رسیدن به چنین وضعیت پایداری باید مسئله پایدارسازی تعلیق نانو ذرات در سیال مورد توجه قرار گیرد.

در اندازه و مقیاس نانو اتم های سطحی به شدت افزایش پیدا کرده و اهمیت می یابند.به عبارت دیگر خصوصیات شیمیایی و فیزیکی سطح اهمیت بسیار بیشتری نسبت به ساختار ماده پیدا می کندد وقتی که مواد نانو تحت تاثیر دمای محیط قرار می گیرند اتم های سطح ذره علت اصلی توده ای شدن ذرات می باشد.

برای پایدار کردن نانوذرات و جلوگیری از کلوخه و توده ای شدن ذرات که سبب سنگینی و تسریع ته نشینی می گردد از روشهای مختلف از جمله پایدار کننده ها تغییر ph با ایجاد نوسان ماورای صوت می توان استفاده کرد.

1-4- 1-  تغییرPH سوسپانسیون ………………………………………………………………………  9

1-4- 2-  استفاده از فعال کننده های سطح و پخش کننده ها ……………………………………..  9

1-4- 3-  استفاده از نوسانات ماورای صوت  ……………………………………………………………10

1-5-  مهاجرت ذرات در سوسپانسیون های نانوسیالات  …………………………………………….12

1-5- 1-  تئوری مهاجرت ذرات  …………………………………………………………………………..13

1-5- 2-  تأثیر مهاجرت ذرات بر افزایش شدت انتقال حرارت …………………………………………13

1-6- ضریب هدایت حرارتی نانوسیالات  ………………………………………………………………17

در فرایندهای انتقال حرارت هدایتی و جابجایی یکی از مشخصه های سیال ضریب هدایت حرارتی ان است بالا بودن این مشخصه بیانگر بالا بالا بودن نرخ انتقال حرارت توسط هر کدام از دو مکانیسم یاد شده است یکی از دلایل مهم افزایش انتقال حرارت در نانو سیال نسبت به سیال پایه را به افزایش شدید ضریب هدیات حرارتی در نانو سیال ربط می دهند مقالات منتشر شده برای انواع نانو سیالات (انواع سیال پایه و انواع نانو ذره یا نانو لوله)موید این مطلب است که با افزودن نانو ذرات به سیال پایه ضریب هدایت گرمانی افزایش یافته و میزان این افزایش به مقدار ذرات اندازه ذرات نوع ذرات و نیز نوع سیال پایه همبستگی دارد.

در این قسمت پارامترهای موثر بر ضریب هدایت نانو سیال و مدل های ریاضی ارایه شده در این رابطه معرفی می گردند.

1-6-1- عوامل موثر بر ضریب هدایت حرارتی نانوسیال  …………………………………………….18

1-6-1-1- اثر غلظت نانوذرات بر ضریب هدایت حرارتی نانوسیال  ………………………………..18

1-6-1-2- اثر نوع نانوذره و سیال پایه بر ضریب هدایت حرارتی نانوسیال………………………19

1-6-1-3- اثرPH بر ضریب هدایت حرارتی نانوسیال  ……………………………………………20

1-6-1-4- اثر دما بر ضریب هدایت حرارتی نانوسیال  ………………………………………….21

1-6-1-5- اثر اندازه ذرات بر ضریب هدایت حرارتی نانوسیال ………………………………..23

1-7-  ضریب هدایت حرارتی نانوسیالات حاوی نانولوله های کربنی ………………………….24

1-8-  تخمین خواص فیزیکی نانوسیالات…………………………………………………………26

1-8- 1-  جرم حجمی  ……………………………………………………………………………..26

1-8- 2-  گرمای ویژه …………………………………………………………………………………26

1-8- 3-  لزجت…………………………………………………………………………………………27

1-8- 4-  ضریب هدایت حرارتی  ……………………………………………………………………30

1-8- 4- 1- اندازه گیری هدایت حرارتی …………………………………………………………30

1-8- 4- 2- ضریب هدایت حرارتی بر اساس مدل حرکت تصادفی نانوذرات ………………..31

1-8- 4- 3- ضریب هدایت حرارتی بر اساس مدل توده شدن  ……………………………….34

تصویر TEM ذرات CuO پخش شده در اتیلن گلایکوکل

تصویر TEM ذرات CuO پخش شده در اتیلن گلایکوکل

فصل دوم : مروری بر ادبیات موضوع  

2-1-  مقدمه ………………………………………………………………………………………..38

سیالات حاما انرژی در صنایع اغلب در مجاری انتقال نظیر لوله ها و مبدل های حرارتی انرژی را به نقاط مورد نظر منتقل می نمایند.در این حالت برای مهندسین اهمیت دارد براورد میزان انتقال انرژی توسط جابه جایی سیال می باشد برای این منظور باید ضریب انتقال حرارت در فرایند مورد نظر مشخص باشد تا بتوان از طریق ان میزان سطح مورد نیاز برای مبادله انرژی حرارتی را محاسبه کرد برای سیالات متداول حامل انرژی این مسئله تا حدود زیادی حل شده و روابطی برای این منظور تدوین شده است لیکن با مطرح شدن استفاده از نوسانات در انتقال انرژی بحث تعیین انتقال حرارت جابه جایی در این سیالات به وجود امده است.

در بررسی انتقال حرارت جابه جایی هر دو فرایند جابه جایی ازاد و جابه جایی اجباری مورد توجه قرار گرفته است افزودن مقداری نانو ذره به یک سیال پایه علاوه بر اثری که روی ضریب هدایت حرارتی سیال پایه دارد فرایند مقداری نانو ذره به یک سیال پایه علاوه بر اثری که روی ضریب هدایت حرارتی سیال پایه دارد فرایند جابه جایی ازاد و جابه جایی ازاد تحت تاثیر قرار می دهد این تاثیر می تواند به دلیل تغییر ضریب هدایت حرارتی تغییر ظرفیت حرارتی تغییر ویسکوزیته و نیز پدیده هایی نظیر حرکت براونی ایجاد شود.

2-2-  مطالعات تجربی  …………………………………………………………………………..38

2-3-  مطالعات عددی  ……………………………………………………………………………43

دستگاه آزمایش

دستگاه آزمایش

فصل سوم : روش آزمایشگاهی تحقیق و تجزیه وتحلیل داده های آزمایشگاهی 

3-1-  مقدمه  …………………………………………………………………………………………45

در این تحقیق اثر غلظت نانو لوله های کربن و دبی نانو سیال بر روی افزایش ضریب انتقال حرارت جابجایی نانو سیال اب –نانو لوله های کربنی در یک مبدل دو لوله ای با جریان غیر هم جهت در حالت جریان متلاطم مورد بررسی قرار گرفته است و بر خلاف اکثر تحقیقات گذشته نانو سیال به عنوان سیال گرم در نظر گرفته شده است.

ازمایشات اولیه با اب مقطر انجام شد این ازمایشات سپس در دبی های مختلف نانو سیال غلظت های مختلف تکرار شد.

3-2-  شرح دستگاه آزمایش  ……………………………………………………………………….45

3-3-  روش انجام آزمایش  ………………………………………………………………………..47

برای انجام ازمایش ابتدا کلید برق اصلی کلیدهای سه فیوز روی تابلوی کنترل و سه عدد کلید مربوط به گرمکن ها را روشن کرده و سپس دستگاه ازمایش در حالت جریان معکوس تنظیم شد.هنگامی که دمای اب منبع به 55 درجه سانتی گراد رسید پمپ را روشن کرده و دبی اب گرم را روی 2تنظیم شد این کار باعث می شود که تعادل حرارتی بین اب گرم و حسگرها یدما قبل از شروع ازمایش ایجاد شود و وقت کمتری صرف انجام ازمایش شود هنگامی که دمای اب منبع به 60درجه سانتی گراد رسید دبی اب سرد عبوری از پوسته مبدل را روی 10lit/min تنظیم شد و با توجه به نوسان احتمالی دبی اب سرد در صورت تغییر دبی ان در طول ازمایش به وسیله شیر مربوطه دبی را به 10lit/min برگردانده می شود پس از رسیدن سیستم به حالت تعادل دمای اب گرم ورودی به مبدل همواره کوچکتر از عدد روی نمایشگر ترموستات است زیرا دمای اب گرم در فاصله منبع تا مبدل در اثر انتقال حرارت با محیط افت میکند هنگامی که دمای اب گرم به 65 درجه سانتی گراد انها روشن می کند تا دمای اب گرم منبع ثابت باند چناچه دمای اب گرم ورودی به مدت 3 دقیقه ثابت مانده و دیگر افزایش نیابد هر یک دقیقه مقدار مقدار دماهای اب گرم ورودی به مدت 3 دقیقه ثابت مانده و دیگر افزایش نیاید هر یک دقیقه مقدار دماهای اب گرم ورودی و خروجی اب سرد خروجی و ورودی یادداشت می شد و این عمل انقدر تکرار می شد تا دماها در یک مقدار ثابت شوند سپس دماهای نهایی را به عنوان داده ازمایش ثبت شد دبی اب گرم را طی 8 مرحله روی اعداد 9.8.7.6.5.4.3.10لیتر بر دقیقه تنظیم کرده و هر بار پس از رسیدن حسگرها به تعادل و ثابت ماندن دماها کلیه دماهای ورودی اب گرم خروجی اب گرم خروجی اب سرد ورودی اب سرد ثبت شد.

یک مشکل جدی که در طول ازمایش با ان مواجه پیش امد این بود که در تراکم های وزنی بالای 1/0%به علت مشخص نبودن شناور روتامتر تنظیم دبی نانوسیال را مقدور نبود به منظور برطرف کردن این مشکل به جای استفاده از دبی سنج دیجیتالی و بالا رفتن هزینه ازمایش یک وسیله فنری روی شناور روتامتر چسبانده شد بطوریکه نوک ان همواره با دیواره روتامتری در تماس باشد و بتوان دبی را خواند.

3-4-  مواد آزمایش  ………………………………………………………………………………47

در ان تحقیق ار نانو لوله های کربنی چند دیواره به عنوان نانو ذره از اب مقطر به عنوان سیال پایه استفاده شده است.

بعنوان مواد فعال کننده در سطح از غلظت بسیار پایین حدود1%وزنی سدیم دو دسیل سولفات استفاده شده است

3-5-  روش تهیه نانوسیال  ………………………………………………………………………48

3-5- 1-  نانوسیال 01/0% وزنی ………………………………………………………………..48

3-5- 2-  نانوسیال 05/0% وزنی ………………………………………………………………..48

3-5- 3-  نانوسیال 1/0%، 2/0%، 3/0% و 4/0% وزنی  ……………………………………49

3-6- انجام آزمایش  ……………………………………………………………………………..49

3-6-1- آزمایش مبنا با استفاده از آب- آب  ……………………………………………………49

3-6-2- آزمایش مبنا با استفاده از نانوسیال-آب …………………………………………….50

3-7-  تخمین خواص فیزیکی نانوسیال  ………………………………………………………53

3-8-  تحلیل داده ها……………………………………………………………………………..53

3-9-  نتیجه گیری و بحث  ………………………………………………………………………55

3-9- 1-  تأثیر عدد رینولدز نانوسیال در ضریب انتقال حرارت جابجایی  ……………………55

3-9- 2-  تأثیر درصد وزنی نانوذرات در ضریب انتقال حرارت جابجایی………………………..56

3-10- جمع بندی  ………………………………………………………………………………..59

مقادیر محاسبه شده ضریب انتقال حرارت جابجایی برای نانوسیال در غلظت و دبی های آزمایش

مقادیر محاسبه شده ضریب انتقال حرارت جابجایی برای نانوسیال در غلظت و دبی های آزمایش

فصل چهارم : روش  عددی تحقیق و تجزیه وتحلیل نتایج عددی 

4-1-  مقدمه ………………………………………………………………………………………..62

در این قسمت شبیه سازی CFD انتقال حرارت نانو سیال در مبدل دو لوله ای جریان مخالف انجام شده است ابتدا شبیه سازی برای حالت سیال پایه انجام شد و با نتایج ازمایشگاهی مقایسه شد سپس ویژگی های ترمو فیزیکی نانو سیال مانند هدایت حرارتی چگالی ظرفیت حرارتی و گرانروی با استفاده از روابط سیالات دو فازی تخمین زده شد و این شبیه سازی برای تراکم های مختلف نانو ذرات در دبی های متفاوت تکرار و با نتایج ازمایشگاهی مقایسه شد نهایتا تاثیر نانو ذرات سیال روی عملکرد مبدل مورد تحقیق قرار گرفت و نتایج ان با سیال پایه مقایسه شد.

4-2-  روش های مدل کردن جریان نانوسیال …………………………………………………….62

4-2- 1-  راه حل تک فازی  ………………………………………………………………………..62

4-2- 2-  مدل پراکندگی گرمایی ………………………………………………………………….62

4-2- 3-  مدل دو فازی  ……………………………………………………………………………63

4-3-  جزئیات مدل  ………………………………………………………………………………..63

4-4-  خواص ترموفیزیکی نانوسیال  ………………………………………………………………64

4-5-  شبیه سازی CFD ……………………………..ا…………………………………………..65

4-5- 1-   ایجاد هندسه و آرایش شبکه  ………………………………………………………..65

4-5- 2-  مدل محاسباتی  ……………………………………………………………………….67

4-5- 2- 1- فرضیات  ……………………………………………………………………………..67

4-5- 2- 2- معادله پیوستگی  ………………………………………………………………….67

4-5- 2- 3- معادله بقای مومنتوم ………………………………………………………………68

4-5- 2- 4- معادله بقای انرژی  ………………………………………………………………..68

4-6- دستورالعمل شبیه سازی و پالایش شبکه  …………………………………………..68

4-7-  نتایج و بحث  …………………………………………………………………………….71

4-8-  جمع بندی  ………………………………………………………………………………74

آرایش شبکه برای مدل

آرایش شبکه برای مدل

فصل پنجم: نتیجه گیری، بحث و پیشنهادها 

5-1-  نتیجه گیری  ……………………………………………………………………………77

5-2-  جمع بندی و پیشنهاد …………………………………………………………………77

منابع و مراجع  ……………………………………………………………………………..80

فهرست جداول

عنوان جدول 

جدول3-1-  خواص نانو لوله های کربنی چند دیواره  ………………………………………………………………..49

جدول 3- 2- داده های آزمایش برای آب مقطر- آب …………………………………………………………………51

جدول 3- 3- داده های آزمایش برای نانوسیال 01/0 درصد وزنی- آب  ……………………………………………52

جدول 3- 4- داده های آزمایش برای نانوسیال  05/0 درصد وزنی-  آب………………………………………….52

جدول 3- 5- داده های آزمایش برای نانوسیال 1/0 درصد وزنی- آب………………………………………………52

جدول 3- 6- داده های آزمایش برای نانوسیال2/0 درصد وزنی- آب  …………………………………………….53

جدول 3- 7- داده های آزمایش برای نانوسیال3/0 درصد وزنی- آب  …………………………………………….53

جدول 3- 8- داده های آزمایش برای نانوسیال4/0 درصد وزنی- آب  …………………………………………….53

جدول 3- 9- ویژگی ترموفیزیکی نانو سیالات در تراکم های حجمی مختلف ……………………………………53

جدول 3- 10- مقادیر محاسبه شده ضریب انتقال حرارت جابجایی برای نانوسیال در غلظت و دبی های آزمایش ……….55

جدول 3- 11- مقادیر محاسبه شده عدد رینولدز نانوسیال در غلظت و دبی های آزمایش ……………………..55

جدول 3- 12- مروری بر مطالعات مشابه …………………………………………………………………………….60

جدول 4- 1- ویژگی ترموفیزیکی نانو سیالات در تراکم های حجمی مختلف …………………………………..65

جدول 4- 2- ویژگی ترموفیزیکی مواد مورد استفاده  ……………………………………………………………. 65

جدول4-3-  مقایسه نتایج عددی و آزمایشگاهی برای حالت آب-  آب  ………………………………………..71

تاثیر عدد پکلت بر توزیع غلظت

تاثیر عدد پکلت بر توزیع غلظت

فهرست شکل ها

شکل1-1- ضریب هدایت حرارتی تعدادی از مواد …………………………………………………………………….  3

شکل1-2- روش تک مرحله ای تهیه نانوسیال …………………………………………………………………………  7

شکل1-3-دستگاهی برای تهیه یک مرحله ای نانوسیال …………………………………………………………….  7

شکل1-4- تصویر TEM ذرات CuO قبل از پخش در مایع، ذرات به شدت تجمع پیدا کرده اند …………………….11

شکل 1- 5-   اندازه متوسط ذرات CuO پس از نوسانات ماورای صوت  ……………………………………………11

شکل 1- 6-  تصویر TEM ذرات CuO پخش شده در اتیلن گلایکوکل پس از 9 ساعت  ………………………….12

شکل 1- 7-   تغییر در اندازه متوسط ذره پس از 100 روز  ………………………………………………………….12

شکل 1- 8-  تأثیر اندازه ذرات و دما بر عدد پکلت  …………………………………………………………………….14

شکل 1- 9-  تأثیر عدد پکلت بر توزیع غلظت  …………………………………………………………………………15

شکل 1- 10- تأثیر غلظت متوسط بر توزیع غلظت ذرات…………………………………………………………….15

شکل 1- 11-  مقایسه پیش بینی نسبت ویسکوزیته مؤثر به ویسکوزیته سیال پایه توسط مدلهای مختلف ……..16

شکل 1- 12- تأثیر عدد پکلت بر توزیع ویسکوزیته  ……………………………………………………………….17

شکل 1- 13- تأثیر غلظت متوسط روی توزیع سرعت…………………………………………………………….17

شکل 1- 14- اثر غلظت نانو ذرات بر ضریب هدایت حرارتی سیال ………………………………………….19

شکل 1- 15- نتایج تجربی و برآرودهای حاصل از مدل سازی برای تأثیر غلظت نانوذره بر ضریب هدایت حرارتی سیال19

شکل 1- 16- تأثیر سیال پایه بر ضریب هدایت حرارتی نانو سیال  ……………………………………………20

شکل 1- 17- اثرPH  برمقدار افزایش ضریب هدایت حرارتی نانو سیال برای سیستم آب –  AL2O3  …………….ا……….21

شکل 1- 18-  افزایش ضریب هدایت حرارتی سیستم آب – اکسید آلومینیوم و مقایسه آن با مدل هامیلتون – کرومر  .22

شکل 1- 19-  اثر درجه حرارت بر درصد افزایش ضریب هدایت حرارتی سیال برای سیتم تیولات طلا در تولوئن  ……….22

شکل 1- 20- وابستگی ضریب هدایت حرارتی نانوسیال به اندازه نانو ذرات ……………………………………………….23

شکل 1- 21- اثر درصد SDS و زمان هموژنیزاسیون بر سوسپانسیون آب– نانو لوله کربنی با غلظت 6/0 درصد حجمی  24

شکل 1- 22- اثر سیال پایه و غلظت نانو لوله بر ضریب هدایت حرارتی نانو سیال  ………………………………………….25

شکل 1- 23- ضریب هدایت حرارتی نانو سیال –  نانو لوله های کربنی در شرایط مختلف ………………………………….26

شکل 1- 24- مقایسه دو رابطه گرمای ویژه  ……………………………………………………………………………………..27

شکل 1- 25- افزایش ویسکوزیته با درصد حجمی نانو ذره  ……………………………………………………………………28

شکل 1- 26-  افزایش ویسکوزیته با درصد حجمی آب –  AL2O3 و آب –TiO2 ……………………ا………………………….28

شکل 1- 27- کاهش ویسکوزیته با افزایش دما در نانو سیال  ………………………………………………………………..29

شکل 3- 1-  دستگاه آزمایش  …………………………………………………………………………………………………..46

شکل 3- 2-  مبدل دو لوله ای در حالت جریان غیر هم جهت  ……………………………………………………………..50

شکل 3- 3-  مقایسه بین ضریب انتقال حرارت بدست آمده از آب-  آب و نانو سیال 1/0%- آب ………………………..56

شکل 3- 4-   مقایسه بین ضریب انتقال حرارت بدست آمده از آب و نانوسیال با غلظت بسیار پایین  ………………….57

شکل3-5-  مقایسه بین ضریب انتقال حرارت بدست آمده از آب و نانوسیال با غلظت بالاتر ……………………………….58

شکل 3- 6- نمودار ضریب انتقال حرارت نانو سیال نسبت به عدد رینولدز برای تراکم های حجمی گوناگون ذرات ……..58

شکل 3- 7-  نمودار لگاریتمی برای نقاط آزمایش………………………………………………………………………………..59

شکل 4- 1-  شکل مبدل دو لوله ای………………………………………………………………………………………………..64

شکل 4- 2-  آرایش شبکه برای مبدل  ………………………………………………………………………………………….  66

شکل 4- 3-  آرایش شبکه برای مبدل  …………………………………………………………………………………………..67

شکل 4- 4-   نمودار اختلاف دمای متوسط لگاریتمی بر حسب تعداد مش برای نانو سیال 5/0% درصد  …………..70

شکل 4- 5-  کانتور دمای نمونه برای حل  ………………………………………………………………………………………..70

شکل 4- 6- مقایسه مقادیر ضریب انتقال حرارت عددی و تجربی برای حالت آب-آب  ………………………………….72

شکل 4- 7-   نتایج عددی  ضریب انتقال  جابجایی برای تراکم های مختلف نانوسیال  ………………………………..73

شکل 4- 8-  مقایسه ضریب انتقال حرارت عددی و تجربی برای تراکم وزنی 1/0% و2/0%  ………………………74

شکل 4- 9-  مقایسه ضریب انتقال حرارت عددی و تجربی برای تراکم وزنی 3/0% و4/0%  ………………………..74  

ABSTRACT

This study performed to investigate the convective heat transfer coefficient of a nanofluid made of multi-walledcarbon nanotubes and water. This nanofluid flows through a double tube heat exchanger with turbulent flow. The effects of Reynolds number and volume concentration of suspended nanoparticles on the heat characteristics were investigated. The exprimental results show that the convective heat transfer coefficient of this nanofluid is increased compared to the base liquid by about 24%. Also the heat transfer enhancement has been studied by computational fluid dynamic (CFD) modeling of the nanofluid flow adopting the single phase approach. The results are compared to the experimental data.

Keywords: nanofluid s, M t-walled carbon nanotubes, convective heat transfer confficient, Heat exclger


برای نگارش این فایل 65 مقاله انگلیسی استفاده شده است


 


 

مقطع : کارشناسی ارشد

25 هزار تومان

فایل pdf و فایل word

35 هزارتومان

فایل word به صورت کامل فرمول نویسی شده است

قبل از خرید فایل می توانید با پشتبانی سایت مشورت کنید