عنوان پایان‌نامه
استفاده از نانو سیال در مبدل های صفحه ای برای افزایش انتقال حرارت
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی - طراحی فرآیندها
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1039.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 49652
- تاریخ دفاع
- ۲۷ شهریور ۱۳۹۰
- دانشجو
- مجید جمالی
- چکیده
- استفاده از نانوسیال که در حقیقت سوسپانسیون پایداری از نانوذرات جامد در سیال پایه هستند، به عنوان راهبردی جدید در انتقال حرارت مطرح شده است. تحقیقات اخیر روی نانوسیالات، بهبود قابل توجهی در پارامترهای حرارتی نانوسیال از قبیل ضریب هدایت حرارتی و ضریب انتقال حرارت جابجایی نسبت به سیال پایه و یا سوسپانسیون با ذرات میکرونی نشان داده است. از سوی دیگر پیشرفت فناوری در ساخت تجهیزات انتقال حرارت با طراحی مبدل¬های حرارتی صفحه¬ای، موجب افزایش میزان انتقال حرارت در مبدل¬ها شده است. استفاده از نانوسیالات در مبدل¬های صفحه¬ای به عنوان سیال عامل، برای بررسی میزان بهبود انتقال حرارت هدف اصلی این پژوهش است. برای بررسی میزان افزایش انتقال حرارت، محاسبه ضریب انتقال حرارت یکی از روش¬های موثر است. البته در این تحقیق به دلیل مشکلاتی که محاسبه ضریب فیلمی انتقال حرارت، h، برای مبدل¬های صفحه¬ای دارد، ضریب کلی انتقال حرارت، U، محاسبه شده است. البته پارامترهای مختلفی روی افزایش انتقال حرارت توسط نانوسیال تأثیرگذار هستند، که به دلیل محدودیت¬های مختلف، از جمله در دسترس نبودن تجهیزات و نبود بودجه کافی از آنها صرفنظر شده است. قدم اول در انجام بررسی¬ها انتخاب یک سیال مناسب می¬باشد. نانوسیال استفاده شده، سوسپانسیون نانوذرات SiO2 و ?-Al2O3 در آب مقطر است. قدم بعدی ساخت نانوسیال است، که در این بررسی از روش دو مرحله¬ای با استفاده از نوسانات اولتراسونیک استفاده شده است. نانوسیال برای هر نانوذره در سه کسر حجمی % 0.1 و % 0.4 و % 0.7 ساخته شده است. شدت جریان نانوسیال از جمله پارامترهای مؤثر در بررسی میزان انتقال حرارت می¬باشد. در این تحقیق از شدت جریان¬های 2 و 3 و 4 لیتر در دقیقه استفاده شده است. دمای ورود نانوسیال به مبدل یکی دیگر از پارامترها می¬باشد، که در 3 سطح 36، 44 و 52 اندازه¬گیری شده است. با انجام آزمایش¬ها مشخص شد که استفاده از نانوسیال در مبدل¬های صفحه¬ای باعث افزایش میزان انتقال حرارت می¬گردد که این افزایش با جهش قابل توجه در ضریب انتـقال حرارت کلـی نسبت به سـیال پایه مشخص شده است. بیشترین افزایـش برای نانوسـیال ?-Al2O3 در شدت جریان 4 در دمای 36 حاصل شده است. با بررسی نتایج چنین به نظر می¬رسد که بین کسر حجمی نانوذره، شدت جریان سیال و سایر پارامترهای مؤثر باید یک تعادل برقرار شود تا صرفه اقتصادی نیز در سطح قابل قبول باشد.
- Abstract
- Using nanofluid which is in fact, a stable suspension of solid nanoparticles in a base fluid has been introduced as a new strategy in the “Heat Transfer” applications. Recent studies on nanofluids have shown significant improvement in nanofluid thermal parameters such as thermal conductivity and convective heat transfer coefficient in comparison with base fluid and suspensions with micron particles. On the other hand, technological advances in manufacturing heat transfer equipments especially designing plate heat exchangers have increased the amount of heat transfer in heat exchangers. The key goal of this research is to study heat transfer improvement using nanofluids in plate exchangers as an operating fluid. Calculating the heat transfer coefficient is a useful method to check the amount of heat transfer enhancement. It is worth noting that in this research, because of the difficulties in calculating film heat transfer coefficient, h, for plate exchangers, overall heat transfer coefficient, U, is calculated instead. There are other useful parameters to study heat transfer enhancement, which have been ignored due to technical and financial problems. First step in this study was choosing an appropriate fluid. The nanofluid used was suspension of the nanoparticles of SiO2 and ?-Al2O3 in distilled water. Next step was producing the nanofluid, for which the “two-step” method using ultrasonic vibrations was applied. For each nanoparticle concentrations of 0.1%, 0.4% and 0.7% by volume were prepared and used. Flow rate of the nanofluid is another important parameter and in this study, experiments were carried out 3 flows: 2 lit/min, 3 lit/min, 4 lit/min. The other parameter is temperature which is measured at 3 levels: 36 , 44 , 52 . Having done the experiments, results showed that using nanofluids in plate exchanger increased the overall heat transfer coefficient compared to the base fluid. The maximum increase is obtained for ?-Al2O3 nanofluid in the flow of 4 lit/min and at the temperature of 36 . Having considered all the results, there should be a trade off between the volume fraction of the nanoparticle, the flow of the fluid and other influential parameters in order to have an acceptable economical level.
