Skip to main content
SUPERVISOR
Ahmad-Reza Azimian,AliAkbar AlemRajabi
احمدرضا عظیمیان (استاد راهنما) علی اکبر عالم رجبی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Saeid Akbari
سعید اکبری

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390
In this work the impacts of nanofluids flow on thermal and hydrodynamic behaviors in heat exchangers are studied experimentally. Two nanofluids with similar nanoparticles of ?-Al 2 O 3 and different base fluids are employed. The first nanofluid is provided by inclusion of the nanoparticles in distilled water while the base fluid for the second one is the working fluid of tempered water unit of Isfahan refinery which is distilled water with a low volume concentration of sodium molybdate (with industrial name of energy 110). The tests are performed at three different volume concentrations of 0.05, 0.1 and 0.15%. Two different heat exchangers are employed in this research. The first one is a shell and tube heat exchanger with a single-pass shell and a two-pass tube. The second heat exchanger utilized in this work is a fin-tube one with corrugated flat fins. The effects of many parameters including nanoparticle volume concentration, nanofluid temperature and mass flow rate on overall heat transfer coefficient (U), convective heat transfer coefficient (h) and pressure drop (?P) are investigated. Results show that by increasing the volume concentration of the added nono particles to the bais fluid the thermal behavior of the nono fluid improves. Also increment of nanofluid temperature and mass flow rate have the same effect on the characteristics, qualitatively. As an example, the overall heat transfer coefficient of the distilled water/?-Al 2 O 3 nanofluid with volume concentration of 0.15% for the first and second cases of temperature variation in the shell and tube heat exchanger enhances as 7.2% and 15.5% over those of pure water flow at Re=18,000 and 8,000, respectively. These values for a similar condition in the fin-tube heat exchanger are 12.6% and 17.2%, respectively. The results of sedimentation tests for the tempered water/?-Al 2 O 3 nanofluid at Re=21,000 don’t show any symptoms of precipitation and sediments after three days of the nanofluid circulation. In addition, improvement of the thermal parameters is in an appropriate level in spite of the low volume concentration, whilst pressure drops can be neglected in both heat exchangers. As a summary: utilizing nanofluids results in thermal efficiency enhancement, saving energy carriers consumption, lower investment costs and consequently optimization of energy consumption in industrial applications. Keywords: Nanofluids, Nanoparticles, Heat Transfer, Shell and Tube heat exchanger, Tube-Fin heat exchanger
در تحقیق حاضر رفتار حرارتی و هیدرودینامیکی جریان نانوسیالات در مبدل های حرارتی به صورت تجربی مورد مطالعه قرار گرفته است. بدین منظور دو نوع نانوسیال با نانوذرات معلق یکسان آلومینا ( ? -Al 2 O 3 ) و سیالات پایه متفاوت مورد بررسی قرار می گیرد. نانوسیال اول با معلق ساختن نانوذرات آلومینا در آب مقطر ساخته می شود در حالی که نانوسیال دوم از ترکیب همان نانوذره در آب واحد Tempered Water پالایشگاه اصفهان که حاوی درصد کمی مولیبدات سدیم (با نام صنعتی انرژی 110) است به دست می‌آید. رفتار حرارتی و هیدرودینامیکی این نانوسیالات با سه غلظت حجمی 05/0، 1/0 و 15/0 درصد در دو مبدل حرارتی پوسته و لوله نوع یک گذر پوسته و دو گذر لوله، و لوله-پره با پره‌های مستطیل شکل موج‌دار مورد بررسی قرار گرفته است. اثر غلظت نانوذره، دما و دبی نانوسیال بر ضریب کلی انتقال حرارت (U)، ضریب انتقال حرارت جابجایی (h) و افت فشار (??P) برای هر دو نانوسیال اندازه‌گیری و محاسبه شده‌است. نتایج بیانگر بهبود شاخص‌های حرارتی با افزودن نانوذرات به سیال پایه می‌باشند همچنین با افزایش دبی و دمای نانوسیال نیز شاخص‌های حرارتی افزایش می‌یابند. به عنوان مثال درصد افزایش ضریب کلی انتقال حرارت برای نانوسیال آب مقطر/اکسید آلومینیوم نسبت به آب مقطر، در غلظت 15/0% در مبدل حرارتی پوسته و لوله در حالت اول تغییرات دمایی در عدد رینولدز 18000 برابر 2/7 درصد و در حالت دوم تغییرات دمایی در عدد رینولدز 8000 برابر 5/15 درصد است. همچنین درصد افزایش ضریب کلی انتقال حرارت در همان نانوسیال با غلظت ذکرشده برای مبدل حرارتی لوله-پره در حالت اول تغییرات دمایی در عدد رینولدز 18000 برابر 6/12 درصد و در حالت دوم تغییرات دمایی در عدد رینولدز 8000 برابر 2/17 درصد است. آزمایش رسوب‌گذاری در نانوسیالات نیز تنها برای نانوسیال آب واحد Tempered Water/اکسید آلومینیوم در حالت دوم تغییرات دمایی در خط اصلی در عدد رینولدز حدود 21000 انجام شده است، نتایج حاصل از این آزمایش‌ها بدین صورت بود که پس از گردش نانوسیال در هر سه غلظت 05/0، 1/0 و 15/0 درصد در مدت سه روز، هیچ‌گونه اثری از ته‌نشینی و رسوب‌گذاری در نانوسیال دیده نشد این در حالی است که بهبود شاخص‌های حرارتی در دو مبدل حرارتی پوسته و لوله و لوله-پره با وجود پایین بودن غلظت، خوب بوده‌اند و افت فشار در مبدل‌ها نیز افزایش چندانی نداشته است. تمامی مطالب ذکرشده ثابت می‌کنند استفاده از نانوسیالات: افزایش راندمان انتقال حرارت، صرفه‌جویی در مصرف حامل‌های انرژی، کاهش هزینه‌های سرمایه‌گذاری و در نهایت بهینه‌سازی مصرف انرژی در صنایع را ممکن خواهند ساخت. کلمات کلیدی: نانوسیال، نانوذره، انتقال حرارت، مبدل حرارتی پوسته و لوله، مبدل حرارتی لوله-پره

ارتقاء امنیت وب با وف بومی