عنوان پایان‌نامه
بررسی تجربی انتقال حرارت وافت فشار جریان نانو سیال در لوله های افقی با سیم پیچ
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 43942;کتابخانه پردیس 2 فنی شماره ثبت: 1714
- تاریخ دفاع
- ۱۷ اسفند ۱۳۸۸
- دانشجو
- محمد سعیدی نیا
- استاد راهنما
- محمدعلی اخوان بهابادی
- چکیده
- چکیده در این پایان نامه، افزایش انتقال حرارت و افت فشار در اثر افزودن نانوذرات اکسید مس به روغن پایه در ناحیه ورودی حرارتی، به صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفت. آزمایش‌ها در درون لوله صاف و لوله‌های با سیم‌پیچ جهت بررسی انتقال حرارت جابجایی و افت فشار جریان روغن پایه و نانوسیالات مختلف، انجام گرفت. بخش آزمایش توسط المنت?های حرارتی تحت شار حرارتی یکنواخت خارجی قرار داشت. روغن پایه Sn-500 به همراه چهار نانوسیال روغن پایه- اکسیدمس با غلظت?های جرمی 2/0، 5/0، 1 و 2 درصد به عنوان سیالات کاری در نظر گرفته شدند. خصوصیات ترموفیزیکی این سیالات شامل چگالی، ضریب هدایت حرارتی، ویسکوزیته و گرمای ویژه به صورت آزمایشگاهی اندازه?گیری شد و بر اساس این داده‌ها روابطی برای محاسبه خصوصیات نانوسیال ارائه گردید. نتایج آزمایشات نشان داد که افزودن نانوذرات باعث افزایش چگالی، ضریب هدایت حرارتی و ویسکوزیته روغن پایه شده و گرمای ویژه آن را کاهش می‌دهد. افزایش ضریب هدایت حرارتی در اثر افزودن نانوذرات به 2/6% در بالاترین غلظت رسید. در بخش انتقال حرارت جابجایی مشاهده شد که برای لوله?های صاف و لوله‌های با سیم‌پیچ، با افزایش شار حرارتی، ضریب انتقال حرارت افزایش می?یابد، ضمن این?که افزایش دبی جریان و در نتیجه عدد رینولدز باعث بیشتر شدن انتقال حرارت می?گردد. همچنین مشاهده شد که افزودن نانوذرات به طور قابل قبولی ضریب انتقال حرارت را افزایش می?دهد. به گونه?ای که حداکثر این افزایش معادل 4/13% و 4/45% به ترتیب برای لوله? صاف و لوله با سیم‌پیچ (ضخیم‌ترین قطر سیم) متعلق به نانوسیال 2 درصد جرمی می‌باشد. در بخش افت فشار نیز مشاهده شد که برای لوله?های صاف و لوله‌های با سیم‌پیچ، با افزایش شار حرارتی، افت فشار کاهش می?یابد. همچنین مشاهده شد که نانوذرات باعث افزایش کمتر افت فشار در لوله¬ با سیم‌پیچ نسبت به لوله صاف می¬شوند. حداکثر افزایش ضریب اصطکاک جریان نانوسیال 2 درصد جرمی در لوله صاف و لوله با سیم‌پیچ (ضخیم‌ترین قطر سیم) بترتیب 7/18% و 88% می‌باشد. با استفاده از داده‌های تجربی روابطی برای پیش‌بینی عدد ناسلت و ضریب اصطکاک در لوله‌های با سیم‌پیچ ارائه گردید. در پایان نیز با استفاده از ارزیابی عملکرد صورت گرفته مشخص شد که استفاده از نانوسیال در لوله‌های با سیم‌پیچ بهتر از لوله صاف است و نانوسیالات در رینولدزهای بالاتر دارای عملکرد بهتری می‌باشند. کلید واژه: انتقال حرارت، افت فشار، نانوسیال، شار حرارتی ثابت و سیم¬پیچ درون لوله.
- Abstract
- ABSTRACT In this work, an experimental study is carried out to investigate the effect of adding CuO nanoparticles to the base oil on flow heat transfer and pressure drop at the thermal entrance region. The experiments are done for pure base oil and nanofluid flow inside plain tube and wire coil inserted tubes. The test section was heated by an electrical heating coil wrapped around it to produce constant heat flux condition. Base oil (sn-500) and CuO-Base Oil nanofluids with weight concentrations of 0.2, 0.5, 1 and 2% are considered as the working fluids. The Rheological characteristics of nanofluids including density, thermal conductivity, viscosity and specific heat are measured experimentally. Based on this measurement, some correlations are proposed to predict the rheological properties of nanofluids with different weight concentrations. The results of the experimental measurements show that adding nanoparticles to the base fluid would lead to the increase in density, thermal conductivity and viscosity of the nanofluid and will decrease the specific heat of the base liquid. The maximum enhancement of up to 6.2% in thermal conductivity is achieved for nanofluid with the highest concentration. The results obtained for the convective heat transfer of flow inside plain tube and wire coil inserted tubes indicate that by increasing the heat flux and flow rate, the convective heat transfer coefficient is increased. Also, it was observed that adding nanoparticles to the base liquid would enhance convective heat transfer considerably. For instance, the maximum enhancement of convective heat transfer coefficient of up to 13.4% and 45.4% are obtained for the nanofluid flow with 2% wt. concentration for plain tube and wire coil inserted tube (the thickest wire diameter), respectively. In addition, results obtained for pressure drop, show that by increasing the heat flux, the flow pressure drop inside plain tube and wire coil inserted tubes decreases. It was also observed that adding nanoparticles to the base oil will enhance the flow pressure drop inside the wire coil inserted tubes less than the value obtained for the plain tube. The maximum enhancement of friction factor of up to 18.7% and 88% are obtained for nanofluid flow with 2% wt. concentration inside the plain tube and wire coil inserted tubes (the thickest wire diameter), respectively. Having the experimental data for heat transfer and pressure drop of flow, two correlations are derived for predicting the Nusselt number and friction factor of nanofluid flow inside the plain tube and wire coil inserted tubes. Furthermore, the performance evaluation of the two enhanced heat transfer techniques studied in this investigation showed that nanofluid have better efficiency when it flows inside wire coil inserted tubes rather than flowing inside plain tube. Also it was seen that nanofluids have better performance at higher Raynolds numbers. Keywords: heat transfer, pressure drop, nanofluid, constant heat flux and wire coil inserts.
