Skip to main content
SUPERVISOR
Arjomand Mehrabani zeinabad,Ahmad Saboonchi,AliAkbar AlemRajabi
ارجمند مهربانی زین آباد (استاد مشاور) احمد صابونچی (استاد راهنما) علی اکبر عالم رجبی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Pourya Alamdari
پوریا علمداری

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388

TITLE

Effect of Electrohydrodynamic and Electrode Configurationon on Internal Natural Convective Heat Transfer Enhancement
Heat transfer enhancement leads to higher efficiency and lower weight and volume for heat exchangers. In other words achieving higher heat transfer rates results in better performance and lower size of thermal devices for any specific thermal load. All these mean a better economy, less material and energy usage in the process of manufacturing heat transfer or thermal devices. Also smaller size of heat exchanger may cause lower pressure drop which in turn leads to lower energy consumption in the course of using it. Heat transfer enhancement methods can be divided into two categories; i.e. active and passive methods. Using electrohydrodynamics or in short EHD is one of the active enhancement methods in heat transfer. On the other hand, EHD is an interdisciplinary branch of science which deals with effect of electric field on fluid flow. Applying a high voltage between an electrode inside a tube and tube wall leads to a secondary flow in the tube, known as ionic wind or corona wind, which disturbs the hydrodynamic and thermal boundary layers and augments heat transfer in the tube. EHD may be applied to enhance heat transfer in single phase or multiple phases. In the present research, effect of electrohydrodynamics on natural convective heat transfer enhancement in a vertical tube - under constant heat flux on its wall - has been investigated experimentally. The working fluid was air. Electric field was applied between electrode wire(s) and the tube wall. The electrodes were arranged in one, two, or four wires which were parallel to the tube axis. The applied electric voltage was varied between zero and 12.7 kV (kilo Volts). The heat flux on the outer surface of the tube wall was 300Watts per square meter. Positive EHD was used. Effects of electrode wire diameter, electrodes arrangement, and electric field variation on the natural convection heat transfer inside the tube were investigated. The experimental results obtained can be summarized as followings: · Increasing the applied voltage or corona current leads to increase in heat transfer coefficient (other parameters kept constant). · The inception voltage, i.e. the lowest voltage at which corona wind forms for a specific condition, increases with increase in the electrode diameter. At a fixed voltage, higher heat transfer enhancement is observed for lower electrode diameter. At a fixed corona current, a higher voltage is needed for bigger electrode diameter. A wider range of voltage is applicable for smaller electrode diameter; hence a better control on the tube wall temperature is achievable. · The highest heat transfer enhancement occurred for the smallest electrode diameter under the highest applied voltage -close to spark over voltage- which made heat transfer 2.65 fold. · Increasing the number of electrodes from one to two and from two to four increases the heat transfer from the tube inner surface. However, increase in heat transfer from one to two electrodes is more than that of two to four electrodes. The Nusselt number for one, two, and four electrodes were 2.65, 3.10, and 3.45 fold the Nusslt number for the case of no EHD. · The energy consumption for the case of one electrode did not vary considerably for different electrode diameters. However, energy consumption decreases as the number of electrodes increases. Keywords: Corona wind, EHD, Heat transfer, Enhancement, Tube, Wire electrode
بهبود میزان انتقال گرما سبب افزایش بازده مبدل‌ها و کاهش حجم و وزن آنها می‌گردد. روش‌های افزایش انتقال گرما به دو روش فعال و غیر فعال دسته‌بندی می‌شوند. استفاده از تاثیر اعمال میدان الکتریکی یا به اختصار EHD، بر انتقال گرما یکی از روش‌های فعال محسوب می‌شود. از سوی دیگر الکتروهیدرودینامیک یا EHD را می‌توان شاخه‌ای میان رشته‌ای از علوم معرفی کرد که به بررسی اثر اعمال میدان الکتریکی بر سیال می‌پردازد. در این پژوهش، اثر الکتروهیدرودینامیک روی افزایش انتقال گرمای جابجایی طبیعی درون یک لوله عمودی که تحت شار گرمایی ثابت واقع شده، به صورت تجربی بررسی شده است. در شرایط یاد شده اعمال میدان سبب به وجود آمدن حرکت ثانویه‌ای در هوا می‌شود که به باد کرونا مشهور بوده و با برهم زدن لایه مرزی موجب افزایش ضریب انتقال گرما می‌شود. بررسی‌ها با سیال کاری هوا صورت می‌گیرد و میدان الکتریکی از طریق یک سری سیم موازی با محور لوله، اعمال می‌شود. اثر سه پارامتر قطر الکترود سیمی، آرایش الکترودهای سیمی و میزان میدان الکتریکی اعمالی در تغییرات انتقال گرمای جابجایی طبیعی درون لوله بررسی شده است. نتایج آزمایشگاهی به دست آمده عبارتند از: با افزایش ولتاژ اعمالی و جریان کرونا ( با ثابت بودن سایر پارامترها) ضریب انتقال حرارت افزایش می‌یابد. افزایش قطر الکترود باعث افزایش ولتاژ شروع کرونا می‌گردد. بیشترین افزایش انتقال گرما، با اعمال ولتاژ یکسان، برای الکترود سیمی با قطر کمتر مشاهده شد. همچنین برای داشتن جریان کرونایی مشخص در قطرهای مختلف الکترود سیمی، به الکترود سیمی قطورتر ولتاژ بیشتری باید اعمال گردد. علاوه بر این، به دلیل گسترده‌تر بودن محدوده‌ی ولتاژ کرونا برای الکترود با قطر کمتر، استفاده از این نوع الکترود توانایی بیشتر و محدوده‌ی وسیع‌تری برای کنترل دمای لوله ایجاد می‌کند. نتایج به دست آمده از نمودارها حاکی از افزایش انتقال گرما از سطح داخلی لوله با افزایش تعداد سیم‌ها از حالت تک سیم به دو سیم و از دو سیم به چهار سیم، می‌باشد. این در حالی است که مقدار افزایش انتقال گرما از حالت تک سیم به دو سیم بیشتر از حالت دو سیم به چهار سیم است. مصرف انرژی در آرایش تک سیمی و در قطرهای مختلف الکترود سیمی، تغییرات چندانی نداشت. در حالی که در سه آرایش الکترودی تک سیم، دو سیم و چهار سیم، مصرف انرژی با افزایش تعداد سیم‌ها کاهش یافت. کلمات کلیدی: 1- افزایش انتقال گرما 2-الکتروهیدرودینامیک 3-باد کرونا 4-الکترود سیمی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی