عنوان پایان‌نامه
مطالعه تجربی مشخصات انتقال حرارت و افت فشار جریان نانو سیال در لوله میکرو فین دار شیبدار
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 2266;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 56196
- تاریخ دفاع
- ۱۰ مهر ۱۳۹۱
- دانشجو
- محمدمهدی درخشان
- استاد راهنما
- محمدعلی اخوان بهابادی
- چکیده
- در این پایان نامه، افزایش انتقال حرارت جابجایی مختلط و افت فشار در اثر افزودن نانولوله¬های کربنی چند لایه¬ای به روغن پایه در لوله های میکروفیندار وصاف شیبدار، به صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفت. آزمایش‌ها برای جریان روغن پایه و نانوسیالات مختلف درون لوله میکروفین و صاف در سه توان حرارتی200،400و600 وات برای سه شیب صفر،45 و 90 درجه با جریان بالا سو انجام گرفت. بخش آزمایش توسط المنت حرارتی تحت شار حرارتی یکنواخت خارجی قرار داشت. روغن پایه ایرانول HTB به همراه سه نانوسیال روغن پایه- نانو لوله¬های کربنی چند لایه¬ای با غلظتهای وزنی 05/0، 1/0 و 2/0 درصد به عنوان سیال کاری در نظر گرفته شدند. خصوصیات ترموفیزیکی این سیالات شامل چگالی، ضریب هدایت حرارتی، ویسکوزیته و گرمای ویژه و ضریب انبساط حرارتی به صورت آزمایشگاهی اندازه¬گیری شد و بر اساس این داده‌ها روابطی برای محاسبه خصوصیات نانوسیال ارائه گردید. نتایج آزمایش¬ها نشان داد که افزودن نانولوله¬های کربنی باعث افزایش چگالی، ضریب هدایت حرارتی، ویسکوزیته و گرمای ویژه و کاهش ضریب انبساط حرارتی روغن پایه شده است. در بخش انتقال حرارت جابجایی مشاهده شد که در هر دو لوله، با افزایش شار حرارتی، ضریب انتقال حرارت افزایش می¬یابد، ضمن اینکه افزایش اثرات جابجایی آزاد و عدد گراشف باعث بیشتر شدن انتقال حرارت می¬گردد اما جریان وابستگی کمی به دبی و عدد رینولدز دارد. همچنین مشاهده شد که استفاده از جریان نانوسیال به جای سیال پایه ضریب انتقال حرارت را افزایش می¬دهد اما با افزایش شیب لوله با افق این میزان کاهش می یابد. در بخش افت فشار نیز مشاهده شد که برای هر دو لوله یاد شده با افزودن نانوذرات به سیال پایه، میزان افت فشار جریان افزایش نسبی پیدا می¬کند اما ضریب اصطکاک تغییر چندانی نمی کند، همچنین با افزایش شیب لوله، افت فشار و ضریب اصطکاک افزایش چشمگیری دارند در حالیکه با افزایش عدد گراشف، افت فشارکاهش می یابد.روابط تجربی برای عدد نوسلت در دو حالت افقی و قائم در هر دو لوله و ضریب اصطکاک در لوله صاف شیبدار بدست آمد. در پایان بخش آزمایش نیز با استفاده از ارزیابی عملکرد صورت گرفته و تعیین عدد ریچاردسن با گستره ی 1/0 تا 10 به عنوان سنجش عملکرد لوله در انتقال حرارت جابجایی مختلط مشخص شد که استفاده از لوله میکروفیندار به جای صاف در ریچاردسن بزرگتر از یک بهینه است و لوله میکروفین موجب افزایش همزمان انتقال حرارت و افت فشار در قیاس با لوله صاف می گردد اما تنها از لحاظ کاربرد نانولوله در افزایش انتقال حرارت لوله صاف بهتر است در حالیکه به منظور داشتن انتقال حرارت بیشتر و ضریب عملکرد بیشتر لوله میکروفیندار بهتر می باشد. استفاده از لوله افقی در قیاس با قائم و شیب های دیگر مقرون به صرفه تر میباشد و استفاده از نانو لوله با غلظت بیشتر ضریب عملکرد بیشتری می دهد بطوریکه بیشترین مقدار در غلظت2/0% وزنی رخ داد. استفاده توام از لوله میکروفیندار به جای لوله صاف و نانو لوله های کربنی به جای سیال پایه مقرون به صرفه است از آنجا که در همه غلظت ها به جز سیال پایه، ضریب عملکرد بزرگتر از یک داراست. دو روش برای افزایش انتقال حرارت بررسی شد که یکی استفاده از نانو سیال به جای سیال پایه و دیگری استفاده از لوله میکروفین دار به جای لوله صاف می باشد که در ریچاردسن بین 1/0 تا 1 استفاده از نانو لوله روش بهتری می باشد اما در ریچاردسن بزرگتر از 1 هر دو روش خوب بوده در حالیکه مقادیر ضریب عملکرد برای نانو لوله در غلظت 2/0% وزنی در لوله صاف بزرگتر از استفاده از لوله میکروفینداربا سیال پایه می باشد. استفاده از انتقال حرارت جابجایی مختلط انتقال حرارت را نسبت به جابجایی اجباری بیشتر نمود اما هر چه به جابجایی آزاد نزدیک شویم و ریچاردسن بزرگتر شود اثر نانو سیال در افزایش انتقال حرارت کاهش می یابد.
- Abstract
- In this study, an experimental investigation was performed to investigate characteristics of the mixed convection heat transfer of CNT (carbon nano tube)-base Oil nano-fluid inside an inclined copper microfin tube. The tube is submitted to a uniform wall heat flux over its outer surface. The plain and microfin tubes were used as the test section’s geometries and were heated by an electrical coil heater to produce constant heat fluxes. Data were acquired for the laminar flow in the thermal entrance region. Pure heat transfer oil and nano-?uids with particle weight concentrations of 0.05%, 0.1% and 0.2% were utilized as the working ?uids. The effects of nano- particles concentration, power supply and inclination of tubes on the development of the thermal field and pressure drop were studied and discussed under laminar buoyancy opposed flow condition for Grashof numbers and Reynolds numbers and Richardson numbers between 103 and 104, 10 and 150, and 0.1 and 10, respectively. Results show that the experimental heat transfer coefficient increases slightly with an increase of particle weight concentration from 0 to 0.2%. Moreover, increasing Grashof number which shows augmentation of the effect of natural convection can improve the heat transfer process in tubes and increase heat transfer coefficient in horizontal tube more than tubes under the assisted flow condition. In addition, results show that using microfin tube instead of plain one, causes an enhancement of heat transfer in each particle concentrations but the effect of these particles is more pronounced in the plain tube than the microfin one. Two new correlations are developed for calculation of Nusselt number in the fully developed region for horizontal and vertical tubes for the range of data used in the study. Also, Results show that the pressure drop increases slightly when Reynolds number varies in a fixed Grashof number with an increase of particle weight concentration from 0 to 0.2%; however it doesn’t have any significant effect on skin friction. On the other hand, pressure drop and skin friction increase as inclination is increased from 0 to 90 degrees. In addition, variation of pressure drop and skin friction coefficient with Reynolds and Grashof numbers was studied. Pressure drop in microfin tube is also compared with that of the plain one and results show that its value in microfin tube is superior to that of the plain tube in the same condition; however, effect of particles on pressure drop in plain tube is more than that of the microfin one. A new correlation is proposed to calculate skin friction coefficient in the fully developed region in different inclinations and particle fractions, for the range of data used in the study.
