Skip to main content
SUPERVISOR
ابراهیم شیرانی چهارسوقی (استاد راهنما) محمدعلی اخوان بهابادی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohammad Rasekh
محمد راسخ

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1387

TITLE

Experimental and Numerical Studies on Heat Transfer of Nanofluid Flows Inside a U-Bend Tube
In this work, experimental and numerical studies are carried out to investigate the effect of adding Multi Wall Carbon Nano Tube (MWCNT) nano particles to the base oil on flow heat transfer and pressure drop characteristics. The experiments are done for pure base oil and nano fluid with different mass percent flow inside U-bend tubes. Test sections were heated by an electrical heating coil wrapped around them to produce constant heat flux condition. Base oil (sn-500) and MWCNT- Base Oil nano fluids with weight fraction of 0.23%, 0.46% and 0.69% are considered as the working fluids. ased on these measurements, some correlations are proposed to predict the rheological properties of nano fluids with different weight fraction. The results of the experimental measurements showed that adding nano particles to the base fluid would lead to an increase in density, thermal conductivity and viscosity of the nano fluid and will decrease specific heat of the base liquid. The results obtained for convective heat transfer of flow inside U-bend tubes indicated that by increasing heat flux and flow rate, the convective heat transfer coefficient is increased. Also, it was observed that using nano fluid flow instead of base oil flow and applying U-bend tube will enhance the convective heat transfer.In addition, flow pressure drop results showed that by adding nano particles to the base oil, the flow pressure drop increases. Also, by using the U-bend tube instead of straight tube, pressure drop of the flow is increased considerably. 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 nano fluid flow U-bend tube. Furthermore, the performance evaluation of the two enhanced heat transfer techniques studied in this investigation showed that applying U-bend tube instead of the straight tube is a more effective way to enhance the convective heat transfer compared to the second method which is using nano fluids instead of the base liquid. At the end of experimental section, with the aid of work done, it was determined that utilizing stabilizer elements (Oleic Acid) in oil- MWCNT suspension is a more efficient way to increase heat transfer relative to the method of using nano fluid instead of base fluid.Finally U-bend tube were simulated numerically using Fluent software. Fluid properties were extracted from equations derived in thermophysical properties section. Boundary conditions were the same as that of experiment. Eventually by utilizing these data using Fluent software and comparing the outputs of the numerical simulation and experimental results, it was observed that the results are in a good agreement.k eywords : Heat transfer, pressure drop, nano fluid, constant heat flux, U-bend tube.
در این پایان نامه، افزایش انتقال حرارت و افت فشار در اثر افزودن نانولوله های کربنی چند لایه ای به روغن پایه در لوله U-شکل، به صورت تجربی و عددی مورد بررسی قرار گرفت. آزمایش‌ها برای جریان روغن پایه و نانوسیالات مختلف درون لوله U-شکل، انجام گرفت. بخش آزمایش توسط المنت حرارتی تحت شار حرارتی یکنواخت خارجی قرار داشت. روغن پایه Sn-500 به همراه سه نانوسیال روغن پایه- نانو لوله های کربنی چند لایه ای با غلظتهای جرمی 23/0، 46/0 و 69/0 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 آزمایش ها نشان داد که افزودن نانولوله ها باعث افزایش چگالی، ضریب هدایت حرارتی، ویسکوزیته و گرمای ویژه روغن پایه شده است. در بخش انتقال حرارت جابجایی مشاهده شد که برای لولهU-شکل، با افزایش شار حرارتی، ضریب انتقال حرارت افزایش می یابد، ضمن اینکه افزایش دبی جریان و در نتیجه عدد رینولدز باعث بیشتر شدن انتقال حرارت می گردد. همچنین مشاهده شد که استفاده از جریان نانوسیال به جای سیال پایه به طور قابل توجهی ضریب انتقال حرارت را افزایش می دهد. در بخش افت فشار نیز مشاهده شد که برای لوله U-شکل با افزودن نانوذرات به سیال پایه، میزان افت فشار جریان افزایش پیدا می کند. در پایان بخش آزمایش نیز با استفاده از ارزیابی عملکرد صورت گرفته مشخص شد که استفاده از عوامل پایدار ساز(اسید اولئیک) به سوسپانسیون روغن-نانو لوله های کربنی روش بهینه تری برای افزایش انتقال حرارت نسبت به روش دیگر یعنی استفاده از نانوسیال به جای سیال پایه می باشد. در بخش عددی با استفاده از نرم افزار Fluent لوله های U-شکل شبیه سازی شد و با استفاده از معادلات به دست آمده در قسمت خواص ترموفیزیکی، خواص سیال مورد آزمایش به نرم افزار ارائه گردید. شرایط مرزی نیز مانند قسمت آزمایشگاهی به نرم افزار ارائه شد. در پایان خروجی های حل عددی با اطلاعات به دست آمده از قسمت آزمایشگاهی مقایسه گردید و تطابق خوبی با نتایج آزمایشگاهی دیده شد. کلید واژه : انتقال حرارت، افت فشار، نانوسیال، شار حرارتی ثابت، لوله U-شکل

ارتقاء امنیت وب با وف بومی