عنوان پایان‌نامه
مطالعه تجربی انتقال حرارت جابجایی نانو سیال در کانالهای متشکل از محیط متخلخل
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3480;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 78670;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3480;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 78670
- تاریخ دفاع
- ۱۲ تیر ۱۳۹۵
- دانشجو
- احسان پورفرزاد
- استاد راهنما
- مهدی اشجعی
- چکیده
- با توجه به اهمیت بسیار زیاد تسریع فرایند انتقال حرارت در سیستم های حرارتی و تلاش روزافزون به منظور افزایش راندمان آنها، در این پژوهش اثر همزمان دو روش نوین افزایش انتقال حرارت به صورت تجربی مورد مطالعه قرار می گیرد. این دو روش عبارت اند از: الف) اضافه کردن ذراتی در مقیاس نانو به سیال پایه ب) استفاده از محیط متخلخل در ساختار مبدل حرارتی. فوم های فلزی به علت نسبت بالا سطح به حجم ، هدایت حرارتی نسبتا زیاد و افزایش اختلاط سیال عبوری و نانوسیال بواسطه افزایش هدایت حرارتی سیال عامل، باعث بهبود عملکرد سیستم های حرارتی می شوند. کانال متخلخل با جایگذاری فوم فلزی از جنس مس ساخته شده و با استفاده از سیال عامل آب مقطر و نانوسیال نقره در غلظت های مختلف مورد ارزیابی قرار گرفت. صفحات بالایی و پایینی کانال از جنس مس بوده و تحت شار ثابت قرار داشته و دیواره های کناری عایق می باشند. مشخصات ساختاری فوم با استفاده از میکروسکوپ نوری و ضرایب عملکردی نظیر ضریب اینرسی و نفوذپذیری با استفاده از افت فشار ایجاد شده جریان عبوری از کانال متخلخل بدست آورده شد. همچنین خواص فیزیکی نانوسیال شامل چگالی، ویسکوزیته و هدایت حرارتی به صورت تجربی اندازه گیری شد. سپس آزمایش تجربی به منظور بررسی عملکرد حرارتی- هیدرولیکی کانال متخلخل انجام گرفت. باتوجه به شرایط فیزیکی و هندسه کانال، انتقال حرارت از طریق دو مکانیزم انتقال حرارت جابجایی طبیعی و اجباری صورت می گیرد که سبب عدم تقارن دمایی صفحات بالایی و پایینی می گردد. نتایچ نشان داد که استفاده از فوم فلزی علاوه بر کاهش چشمگیر دمای صفحات بالایی و پایینی کانال سبب کاهش اختلاف دمای سطح بالایی و پایینی نیز شده و توزیع دمایی یکنواخت تر می گردد. استفاده از نانوسیال نقره در غلظت ppm4000 موجب افزایش 26 درصدی ضریب انتقال حرارت جابجایی متوسط نسبت به آب مقطر در کانال متخلخل می گردد در حالیکه افت فشار اندازه گیری شده برای نانوسیال نسبت به آب مقطر تغییرات اندکی را نشان می دهد. نسبت ضریب انتقال حرارت جابجایی متوسط کانال متخلخل با نانوسیال نقره (غلظت ppm4000) به کانال خالی با سیال عامل آب مقطر در بیشترین عدد رینولدز حدود 4/7 برابر برای صفحه بالایی و 2/6 برابر برای صفحه پایینی می باشد. البته بهبود فرایند انتقال حرارت در محیط متخلخل همراه با افزایش قابل توجه افت فشار و توان پمپاژ می باشد که با استفاده از ارزیابی مقایسه تاثیر این دو عامل مورد مطالعه قرار گرفت.
- Abstract
- Regarding the important role of ehnace heat transfer in thermal systems and the developing efforts for improving thermal performance of these systems, the main objective of this study is experimentally investigating two innovative heat transfer enhancement methods. These methods include: (I) using porous matrix in channel structure; (II) adding nanoparticles to base fluid. Mixed-convection flow of nanofluid inside a horizontal rectangular channel filled with open-cell metal foam which from top and bottom walls subjected to a constant heat flux was experimentally investigated. open-cell metal foam with pore density of 15ppi were manufactured from copper and fashioned into heat exchanger channel measuring 20*50*430mm. nanofluid is prepared by dispersing silver nanoparticles in to distillated water using one step method in different concentrations (1000-2000-4000ppm) and Thermophysical properties have been measured. Pressure drop and heat transfer rate are measured over a range of flow rates (300 < Re < 1200). The results are compared with values for DI water flowing through a similar channel without the metal foam insert. It is observed that there is an asymmetry of the upper and lower plate temperature due to mixed convection heat transfer. The result show that using metal foam in channel structure not only decreases plate temperature significantly but also reduces upper and lower plate temperature difference that makes the temperature distribution more uniform leads to a more uniform temperature distribution. Moreover, we obtained maximum heat transfer enhancement of 26% by using AG/water nanofluid instead of DI water in porous channel while using nanofluid has little impact on pressure loss in comparison to water .result also show the average heat transfer coefficient ratio of silver nanofluid with 4000ppm concentration in porous channel to free channel with DI water is 4.7 for upper plate and 2.6 for lower plate. High rate augmentation in convective heat transfer coefficient in porous channel coincides with striking increase in pressure loss and pumping power. Therefore, by applying performance evaluation criteria the mutual effect of these two parameters were studied. Gathering data demonstrate that interaction of nanofluid with porous media is an applied method for dispersing high heat flux in a miniature area. Keywords: Porous media, Metal foam, Nanofluid, Mixed convection, Experimental study.
