Skip to main content
SUPERVISOR
محسن دوازده امامی (استاد مشاور) احمد سوهان کا راصفهانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mahdi Aghamohamadi varnosfaderani
مهدی آقامحمدی ورنوسفادرانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396

TITLE

Numerical investigation of heat transfer and two phasic Nanofluid flow in rotating U-type Micropipe with hydrophobic surface
The purpose of this study is numerical investigation of the heat transfer and laminar two-phase Nanofluid flow in a rotating U-shaped microtube with hydrophobic surfaces. One of the applications of rotating U-shaped channels is their use in turbine blades for cooling purposes. In addition, in laboratory centrifuge equipment, micro heat exchangers and micropumps U-shaped microtube can be used due to their smaller volume occupancy. Therefore, the study of heat transfer and pressure drop in this type of applications is of vital importance. Utilizing Nanofluid enhances the heat transfer thus providing better cooling for a thermal system, which is usually associated with an increase in pressure drop. Applying hydrophobic surfaces, the flow is considered a slippery flow that causes a pressure drop in a duct. In general, applying Nanofluid and hydrophobic surfaces simultaneously, results in enhanced thermal efficiency and the pressure drop of a thermal system. The initial diameter in this study was selected to be 150 µm. In this research, water and Nanofluid were considered with water acting as the base fluid at 0.5 to 5 vol%. Heat transfer and fluid flow through the microtube were studied via single-phase and two-phase models. Iecting the important parameters on the thermal function of microtube such as Reynolds number (from 100 to 500), rotational speed, the sliding length of the surfaces and the type of the fluid and Nanofluid is one of the objectives of this study. After conducting a thorough literature review it was revealed that this particular geometry has not been studied before. All the simulations are 3-dimensional, steady and laminar and are conducted via ANSYS Fluent using single-phase and two-phase models for hydrophobic/hydrophilic surfaces. The results demonstrate that using ducts with lower radius of curvature will enhance the heat transfer rate. Additionally, with rotating geometry and utilizing Nanofluid instead of distilled water will enhance the heat transfer rate. Although the pressure drop is increased in these circumstances, the thermal efficiency is improved compared to distilled water. Reducing the radius of curvature will increase the centrifugal force and improves the heat transfer rate. The increase in heat transfer rate was 18.6% for distilled water due to reducing the radius of curvature whereas, this enhancement was 26.1% for Nanofluid. Keywords: Numerical investigation, rotating U-shaped Microchannel, hydrophobic surface, Nanofluid, Euler-Lagrange method, Eulerian-Eulerian method, heat transfer, pressure drop, performance coefficient, nanoparticle
هدف این تحقیق بررسی عددی انتقال حرارت و جریان آرام دوفازی نانوسیال در میکرولوله U شکل دوار با سطوح آبگریز است. یکی از کاربردهای کانال های U شکل دوار استفاده از آنها در پره توربین به منظور خنک کاری است. همچنین در دستگاههای سانتریفیوژ آزمایشگاهی، میکرومبدلهای حرارتی و میکروپمپ ها از میکروکانال های U شکل به دلیل اشغال حجم کمتر می توان استفاده کرد. از این رو بررسی میزان انتقال حرارت و افت فشار در این نوع کاربرد, اهمیت ویژه ای پیدا کرده است. استفاده از نانوسیال موجب افزایش انتقال حرارت و درنتیجه خنک کاری بهتر یک سیستم حرارتی می شود که عموما همراه با افزایش افت فشار است. در مجموع استفاده توام نانو سیال و سطوح آبگریز باعث بهبود عمکرد حرارتی و افت فشار یک سیستم حرارتی می شود. قطر اولیه انتخابی لوله در این تحقیق 150 میکرومتر انتخاب شده است در این تحقیق آب و نانو سیال با سیال پایه آب با درصد حجمی های بین 0.5تا 5 بعنوان سیال کاری در نظر گرفته شده است. بررسی انتقال حرارت و جریان سیال درمیکرو لوله با استفاده از مدل های تک فازی و دوفازی انجام شده است. بررسی پارامترهای مهم مسئله بر عملکرد حرارتی میکرولوله نظیر عدد رینولدز مابین 100 تا 500، سرعت چرخشی، اندازه طول لغزش سطوح و نوع سیال آب و همچنین نانو سیال از اهداف پایان نامه است. بررسی های انجام شده نشان داد که تاکنون تحقیقی درمورد این هندسه گزارش نشده است. همه شبیه سازی بصورت سه بعدی، پایا ،جریان آرام و بصورت تک فاز و دو فاز با سطوح آبگریز/آب دوست با استفاده از نرم افزار انسیس فلوئنت انجام شد. با توجه به نتایج بدست آمده استفاده از مجرا ها با شعاع انحنای کمتر باعث افزایش نرخ انتقال حرارت شده و همچنین در هندسه های دوار و استفاده از نانو سیال به جای آب خالص نیز انتقال حرارت افزایش می یابد. اگر چه در این حالات افت فشار بیشتر شد ولی در کل ضریب عمکلرد حرارتی نسبت به آب خالص بهبود یافته است. کاهش شعاع انحنا سبب افزایش نیروی گریز از مرکز در ناحیه خم شده و باعث افزایش انتقال حرارت شده است .به نحوی که در حالت آب خالص با کاهش شعاع انحنا انتقال حرارت 6/18 درصد افزایش ولی این افزایش برای حالت نانو سیال 1/26 درصد است. کلمات کلیدی: نانو سیال، میکرولوله U شکل ، جریان دو فازی، سطوح آبگریز، شبیه سازی عددی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی