تحليل عملكرد مبادله‌گر حرارتي دولوله‌اي با بكارگيري همزمان نانوسيال و فوم فلزي سلول باز

كارشناسي ارشد

استفاده هم‌زمان از نانو‌سيال و محيط متخلخل در يك تبادل‌گر حرارتي دو لوله‌اي، به‌منظور افزايش انتقال حرارت آن با حداقل افزايش توان، موردمطالعه قرارگرفته است. هر دو كانال تبادل‌گر حرارتي تا حدي يا كاملاً پر از محيط متخلخل هستند و پيكربندي‌هاي مختلفي از ضخامت لايه‌هاي متخلخل با مقادير مختلف عدد دارسي و عدد رينولدز مختلف تجزيه‌وتحليل مي‌شوند. جريان همواره در دو كانال آرام است. جريان نانو‌سيال با استفاده از مدل مخلوط دوفازي و جريان در محيط متخلخل با استفاده از قانون دارسي-برينكمن-فورچهيمر شبيه‌سازي‌شده است. نتايج برحسب معيار ارزيابي عملكرد (عدد عملكردي) ارائه مي‌شوند. در ابتدا مسئله براي شرايطي كه جريان نانو‌سيال در دو كانال دبي حجمي يكساني دارند بررسي مي‌شود، كه بسته به مقدار عدد دارسي، سه ناحيه مناسب مختلف وجود دارد: -پر كردن جزئي لوله داخلي؛ -پر كردن جزئي لوله خارجي؛ و -پر كردن كامل هر دولوله. براي مثال در Re_i = ۵۰۰ و Da_o = 10-۴ زماني كه يك محيط متخلخل با نفوذپذيري كم Da_i = 10-۴، متوسط Da_i = 10-۲ و بالا Da_i = 10-۱ در لوله‌هاي داخلي به‌كاررفته باشد به ترتيب شرايط مناسب اول و سوم و دوم را شاهد هستيم. تأثير عدد دارسي محيط متخلخل بر انتقال حرارت، افت فشار و عدد عملكردي سيستم بررسي شد. نتايج حاكي از اين بود كه با افزايش نفوذپذيري محيط متخلخل انتقال حرارت به‌صورت خيلي جزئي و افت فشار به‌صورت خيلي چشمگيري كاهش مي‌يابد؛ در اثر آن عدد عملكردي كه نسبتي از اين دو كميت است افزايش خواهد يافت. تأثير عدد رينولدز نيز در اين حالت همواره مثبت بوده است؛ يعني همواره با افزايش عدد رينولدز در جريان لوله داخلي عدد عملكردي افزايش مي‌يابد. در ادامه مسئله براي شرايطي كه جريان نانو‌سيال در دو كانال دبي حجمي متفاوتي دارند بررسي شد: كه نتايج نشان‌دهنده تأثير بسزاي عدد رينولدز جريان سيال بر عدد عملكردي است. در اين حالت عدد رينولدز مناسبي براي پيكره‌بندي‌هاي مختلف تبادل حرارتي وجود دارد؛ يعني همواره با افزايش عدد رينولدز در دولوله عدد عملكردي تبادل‌گر حرارتي افزايش نمي‌يابد. بر اساس شرايط كاري تبادل‌گر حرارتي، ضخامت لايه متخلخل مناسب و پيكربندي‌هاي عدد دارسي و عدد رينولدز بايد براي برآورده كردن حداكثر عملكرد انتخاب شوند. اطلاعات مفيدي درزمينه‌ي بهينه‌سازي تبادل‌گر حرارتي براي كمك به طراحان به‌دست‌آمده است.

192715

دانشگاه علم و صنعت ايران

تبديل انرژي

دكتر مجيد سياوشي