عنوان پایان‌نامه
بررسی تجربی الگوی جریان در جوشش جریانی مبرد هیدروکربنی R۶۰۰-a وتاثیر نانو ذرات بر انتقال حرارت آن
- رشته تحصیلی
- نانوفناوری -مهندسی مکانیک
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 2989;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 69337
- تاریخ دفاع
- ۰۷ مرداد ۱۳۹۴
- دانشجو
- میثم نصر
- استاد راهنما
- محمدعلی اخوان بهابادی
- چکیده
- مطالعه حاضر به بررسی تجربی ضریب انتقال حرارت محلی و الگوی جریان در جوشش جریانی مبرد هیدروکربنی R600-a و تاثیر اضافه کردن نانو ذرات بر انتقال حرارت آن در سرعت های جرمی، کیفیت های بخار و غلظت های متفاوت نانوذرات می‌پردازد. در بخش جوشش جریانی نانو سیال با اضافه کردن نانوذرات به روغن مخلوطی با مبرد، ضریب انتقال حرارت در جوشش جریانی نانو سیال در شرایط مختلف آزمایشگاهی مورد مطالعه قرار گرفت. همچنین جهت مقایسه ضرایب انتقال حرارت جوشش جریانی نانو مبرد، ضریب انتقال حرارت در جوشش جریانی مخلوط روغن و مبرد بدون حضور نانو ذرات نیز مورد بررسی قرار گرفت. جهت بدست آوردن و تحلیل داده های فوق یک دستگاه آزمایش که یک سیکل بسته با کلیه تجهیزات ابزار دقیق لازم می باشد، طراحی، ساخته و نصب گردید. همچنین روش گرمایش در این مطالعه به صورت گرمایش الکتریکی می باشد. پس از بدست آوردن نتایج تجربی مربوط به ضریب انتقال حرارت، اثر پارامتر های مختلف همچون سرعت جرمی، کیفیت بخار، غلظت روغن و غلظت نانو ذرات مورد تحلیل و بررسی گرفت. روغن استفاده شده در این مطالعه از نوع روغن معدنی محلول با مبرد و نانو ذرات استفاده شده، نانولوله های کربنی چند جداره می باشند. محدوده تغییر پارامتر ها در مطالعه حاضر شامل: دبی جرمی بین 140 تا kg/m2s 380 ، کیفیت بخار تا 75/0، غلظت روغن بین 1 تا 5/2 درصد و غلظت نانو ذرات در روغن 1 درصد بین 1/0 تا 4/0 درصد می باشد. برای مبرد خالص هیدروکربنی مورد استفاده در این مطالعه، صحت روابط و مدل های موجود در ضریب انتقال حرارت و الگوی جریان که غالبا برای مبردهای غیر هیدروکربنی بدست آمده، مورد بررسی قرارگرفت. نتایج در بخش مطالعه مبرد هیدروکربنی خالص شامل ضریب انتقال حرارت و الگوی جریان می باشد. نتایج بیانگر این است که رابطه جانگر و وینترتون (1987) بهترین تخمین برای داده های آزمایشگاهی مطالعه حاضر در ضریب انتقال حرارت می باشد. همچنین الگو های جریان حلقوی و متناوب، الگوی جریان غالب در محدوده آزمایشگاهی مطالعه حاضر می‌باشد. مقایسه الگوی جریان مشاهده شده با نقشه های الگوی جریان متداول نشان می دهد که نقشه الگوی جریان کتان، تام و فاورات (1995) بهترین تطابق با داده های آزمایشگاهی مطالعه حاضر را دارد. نتایج در بخش مخلوط مبرد و روغن بیانگر این است که ضریب انتقال حرارت مخلوط مبرد و روغن نسبت به مبرد خالص در کیفیت بخار کم، افزایش و در کیفیت های بخار بالا کاهش را نشان می دهد. نهایتا اضافه کردن نانولوله های کربنی به روغن مخلوطی با مبرد می تواند انتقال حرارت را نسبت مخلوط روغن و مبرد بهبود بخشد و این افزایش انتقال حرارت با افزایش کیفیت بخار و سرعت جرمی افزایش می‌یابد. همچنین اثر پارامتر های مختلف همچون سرعت جرمی، کیفیت بخار و غلظت روغن و غلظت نانوذرات در جوشش جریانی مخلوط روغن مبرد و نانو مبرد مورد تحلیل قرار گرفت. و نهایتا در بخش جوشش جریانی مخلوط روغن و مبرد و جوشش نانومبرد روابطی برحسب داده های تجربی مطالعه حاضر و در محدوده این مطالعه ارائه گردید که با دقت 20 ± درصد داده های تجربی را تخمین می زند. واژه‌های کلیدی: جریان دوفازی، جوشش جریانی نانوسیال، R600-a، الگوی جریان، افزایش انتقال حرارت
- Abstract
- In this study, heat transfer characteristics and flow visualization of the hydrocarbon refrigerant R600-a, during flow boiling inside horizontal smooth tube are investigated. On the other hand the effect of oil on flow boiling of R600-a as a hydrocarbon refrigerant inside a horizontal smooth tube is investigated. Finally, the effect of MWCNT on flow boiling of R600-a/oil mixture (99/1) is studied. For this purpose the well instrumented experimental apparatus including pump, flow meter, preheaters, test evaporator, by-pass and condenser was designed, fabricated and installed in order to measure the experimental data on flow boiling heat transfer and flow pattern of hydrocarbon refrigerant and heat transfer coefficient of refrigerant oil mixture and nanorefrigerant. The test section was a plain copper tube with inside diameter of 8.7 mm and wall thickness of 0.41 mm. The experimental tests were carried out varying, the refrigerant mass ?uxes within the range of 140 -380 kg/m2s, the vapor qualities up to 0.70, the heat fluxes from 10 - 27 kW/m2, nominal oil concentrations from 0% to 2.5%, mass fractions of MWCNT from 0 to 0.4 wt%. The Results indicate that, intermittent and annular flow patterns are the dominant flow patterns in the ranges of operating parameters of present study. Present study experimental data for flow boiling heat transfer coefficient and flow pattern were compared with some existing models in order to find out which method could predict the convective boiling heat transfer and flow pattern characteristics of R-600a as a hydrocarbon refrigerant more accurately. The results indicate that Kattan-Thom-Favarat (1998) flow map was closer to the flow patterns observed in this study. In addition, Gungor–Winterton correlation (1987) had the best consistency with present study experimental heat transfer data. Moreovere refrigerant/oil mixture resulults show that, the heat transfer coefficients tend to increase at low vapor qualities and decrease at the middle and high vapor qualities due to presence of oil. Finally, the results show that, nanoparticles cause a maximum heat transfer enhancement up to 56% relative to heat transfer coefficient of R-600a/oil without nanoparticles. Keywords: Flow Boiling, R600a, Heat Transfer, oil effect, nanofluid
