مطالعه عددی تأثیر موانع با هندسه متفاوت بر انتقال حرارت جریان نانو سیال در یک کانال مستطیلی

علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک

مقاله 4، دوره 35، شماره 3 - شماره پیاپی 33، مهر 1402، صفحه 51-64   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jacsm.2023.69607.1020

نویسندگان

کوروش جواهرده^{* 1}؛ حبیب کریمی²

¹دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایران،

²گروه مکانیک واحد رودسر و املش دانشگاه آزاد اسلامی رودسر ایران

چکیده

در این پژوهش به بررسی انتقال حرارت جریان نانو سیال تحت شرایط جریان آرام در کانال‌ با موانع مختلف شامل هندسه-های دایروی، مثلثی و مستطیلی پرداخته شده است. تاثیر موانع با هندسه متفاوت بر روی رفتار حرارتی و هیدرودینامیکی در رژیم جریان آرام، تاثیر افزودن نانو ذرات به سیال پایه و تغییرات عدد رینولدز مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می-دهد، با افزایش درصد کسر حجمی نانو ذرات، عدد ناسلت متوسط در کانال‌ با موانع متفاوت افزایش می‌یابد. این افزایش عدد ناسلت در کانال با مانع مستطیلی نسبت به دیگر موانع بیشتری بوده که به دلیل افزایش سطح انتقال حرارت است، علیرغم آنکه ارتفاع این موانع در کانال یکسان می‌باشد. ماکزیمم عدد ناسلت در مانع مستطیلی به میزان تقریبا ٪۳۰ بیشتر از عدد ناسلت در مانع دایروی است. استفاده از موانع با هندسه متفاوت و اضافه شدن نانو ذرات به سیال پایه، سبب افزایش شاخص عملکرد هیدرولیکی-حرارتی تا 44% می‌شود.

کلیدواژه‌ها

مطالعه عددی؛ موانع با هندسه متفاوت؛ نانو سیال؛ کانال مستطیلی

مراجع

[1] S. Z. Heris, S. H. Noie, E. Talaii and J. Sargolzaei, “Numerical investigation of Al2O3/water nanofluid laminar convective heat transfer through triangular ducts,” Nanoscale Research Letters, vol. 6, no. 179, 2011. https://doi.org/10.1186/1556-276X-6-179

[2] S. Javad, A. H. Muhammad, H. bahar, M. S. Khan, M. M. Janjua, and M. A. Bashir, “Internal convective heat transfer of nanofluids in different flow regimes: A comprehensive review,” Physica A: Statistical Mechanics and its Applications, vol. 538, 2020. https://doi.org/10.1016/j.physa.2019.122783

[3] M. H. Esfe, M. Bahiraei, H. Hajbarati, and M. Valadkhani, “A comprehensive review on convective heat transfer of nanofluids in porous media: Energy-related and thermos hydraulic characteristics,” Applied Thermal Engineering, vol. 178, no. 1, pp. 115487, 2020.

 https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2020.115487

[4] S. Dutta, N. Goswami, A. K. Biswas, and S. Pati, “Numerical investigation of magnetohydrodynamic natural convection heat transfer and entropy generation in a rhombic enclosure filled with Cu-water nanofluid,” International Journal of Heat and Mass Transfer, vol. 136, Pages 777-798, 2019.

 https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.03.024

[5] M.R. Daneshvar-Garmroodi, A. Ahmadpour, and F. Talati, “MHD mixed convection of nanofluids in the presence of multiple rotating cylinders in different configurations: A two-phase numerical study,” International Journal of Mechanical Sciences, vol. 150, pp. 247-264, 2019.

https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2018.10.037

[6] Y. Zheng, H. Yang, H. Mazaheri, and A. Aghaei, “An investigation on the influence of the shape of the vortex generator on fluid flow and turbulent heat transfer of hybrid nanofluid in a channel,” Journal of Therm Analysis and Calorimetry, vol. 143, no. 2, pp. 1425–1438, 2020.

https://doi.org/10.1007/s10973-020-09415-2

[7] H. Xie, J. Wang, T. Xi, Y. Liu, and F. Ai, “Thermal conductivity of suspension containing SiC particles,” Journal of materials science letters,” vol. 21, pp. 193-195, 2002. https://doi.org/10.1023/A:1014742722343

[8] Y. Xuan, and Q. Li, “Investigation on convective heat transfer and flow features of nanofluids,” Journal of Heat transfer, vol. 125, no. 1, pp. 151-155, 2003. https://doi.org/10.1115/1.1532008

[9] R. S. Vajjha, and D. K. Das, “Experimental determination of thermal conductivity of three nanofluids and development of new correlations,” International Journal of Heat and Mass Transfer,” vol. 52, no. 21-22, pp. 4675-4682, 2009. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2009.06.027

[10] S. M. Fotukian, and M. N. Esfahany, “Experimental study of turbulent convective heat transfer and pressure drop of dilute CuO/water nanofluid inside a circular tube,” International Communications in Heat and Mass Transfer, vol. 37, no. 2, pp. 214-219, 2010.

 https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2009.10.003

[11] S. Mirmasoumi, and A. Behzadmehr, “Numerical study of laminar mixed convection of a nanofluid in a horizontal tube using two-phase mixture model,” Applied Thermal Engineerin, vol. 28, no. 7, pp. 717–727, 2008. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2007.06.019

[12] E. B. Haghighi, A. T. Utomo, M. Ghanbarpour, A. I. T. Zavareh, H. Poth, R. Khodabandeh, A. Pacek, and B. E. Palm, “Experimental Study on Convective Heat Transfer of Nanofluids in Turbulent Flow: Methods of Comparison of Their Performance,” Experimental Thermal and Fluid Science, vol. 57, pp. 378–387, 2014. https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2014.05.019

[13] B. Delac, A. Trp, and K. Lenic, “Numerical investigation of heat transfer enhancement in a fin and tube heat exchanger using vortex generators,” International Journal Heat Mass Transfer, vol. 78, no. 11, pp. 662–669, 2014. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2014.07.027

[14] M. T. Al-Asadi, F. S. Alkasmoul, and M. C. T. Wilson, “Heat transfer enhancement in a micro-channel cooling system using cylindrical vortex generators,” International Communications Heat and Mass Transfer, vol. 74, pp. 40–47, 2016. https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2016.03.002

[15] N. Zheng, P. Liu, F. Shan, J. Liu, Z. Liu, and W. Liu, “Numerical studies on thermohydraulic characteristics of laminar flow in a heat exchanger tube fitted with vortex rods,” International Journal of Thermal Sciences, vol. 100, pp. 448–456, 2016. https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2015.09.008

[16] B. Lotfi, B. Sundén, and Q. Wang, “An investigation of the thermo-hydraulic performance of the smooth wavy fin-and-elliptical tube heat exchangers utilizing new type vortex generators,” Applied Energy, vol. 162, pp. 1282–1302, 2016. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2015.07.065

[17] E. Ebrahimnia-Bajestan, M. C. Moghadam, H. Niazmand, W. Daungthongsuk, and S. Wongwises, “Experimental and numerical investigation of nanofluids heat transfer characteristics for application in solar heat exchangers,” International Journal of Heat and Mass Transfer, vol. 92, pp. 1041-1052, 2016. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2015.08.107

[18] C. M. Velte, M. O. L. Hansen, and V.L. Okulov, “Multiple vortex structures in the wake of a rectangular winglet in ground effect,” Experimental Thermal Fluid Science, vol. 72, pp. 31– 39, 2016.

 https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2015.10.026

[19] K. Javaherdeh, and H. Karimi, “Numerical analysis of mix convection of sodium alginate non-Newtonian fluid with Al2O3 nanoparticle in a channel with block,” Journal of Applied and Computational Sciences in Mechanics, vol. 32, no. 1, pp. 93-110, 2021. https://doi.org/10.22067/jacsm.2021.40042

[20] O. A. Akbari, D. Toghraie, A. Karimipour, A. Marzban, G. R. Ahmadi, “The effect of velocity and dimension of solid nanoparticles on heat transfer in non-Newtonian nanofluid,” Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, vol. 86, pp. 68-75, 2017.

https://doi.org/10.1016/j.physe.2016.10.013

[21] B. H. Salman, H. A. Mohammed, and A. Sh. kherbeet, “Numerical and experimental investigation of heat transfer enhancement in a microtube using nanofluids,” International Communications in Heat and Mass Transfer, vol. 59, pp. 88–100, 2014. https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2014.10.017