Skip to main content
SUPERVISOR
Mohamadreza Salimpour,Ahmad Sedaghat
محمدرضا سلیم پور (استاد راهنما) احمد صداقت (استاد راهنما)
 
STUDENT
Arash Gholamiasgarabadtapeh
آرش غلامی عسگرآبادتپه

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390

TITLE

Experimental Investigation on Heat Transfer of Nanofluid Flow inside Helically Coiled Tubes
Heat transfer is one of the important phenomena of human life and heat transfer devices are being developed every day. Low heat conductivity is the most common problem in conventional heat transfer fluids. This problem can be resolved by adding adequate amounts of nanoparticles. In this study, pressure drop and heat transfer on TiO 2 water based nanofluid flow was investigated experimentally. Three tubes with circular helical pattern with curvature ratio of 0.0375, 0.071, 0.123 and one square pattern with hydraulic curvature ratio of 0.071 was used with constant wall temperature. To employ constant temperature boundary condition, a steam chamber was used. Nanofluid volume concentrations of 0.1% and 0.5% were prepared using an ultrasonic device. Before testing heat transfer of nanofluids, the accuracy of experimental setup was assessed using water flow inside plane tube for both laminar and turbulent flow regimes. Results showed that for all working fluids and pipe types, with increasing Reynolds number, Nusselt number increases and the friction factor decreases. Using square pattern helical tube, the friction factor and Nusselt number significantly increased in comparison with circular helical pattern tube. For example, in laminar and turbulent flow in helically coiled tubes Nusselt number was increased to 9.6% and 4.9%, respectively. With the addition of nanoparticles to the base fluid, the results revealed an increase in friction factor and Nusselt number with increasing the volumetric concentration of nanoparticles. For square helically coiled tube, the volumetric concentration of 0.1% and 0.5% of nanofluid have caused increase of 10.3% and 16.5% compared with distilled water at the same Reynolds numbers, respectively. To determine thermophisical properties of nanofluids, some theoretical and correlated relations were used. Friction factor and Nusselt number show that, there is a rapid change in their values due to the transition from laminar to turbulent flow regime. The critical Reynolds number calculated here is much larger than plain tubes. Finally, using curve fitting approaches some empirical correlations for calculation of the friction factor and Nusselt number in hel ically tubes were introduced based on geometrical patterns, Reynolds number and Prandtl number. Keywords Pressure drop, convective heat transfer, nanofluid, helically coiled tube, constant wall temperature.
انتقال حرارت یکی از مهم‌ترین پدیده های زندگی بشر بوده و وسایل انتقال حرارتی روز به روز در حال پیشرفت هستند. اصلی ترین مشکل سیالات انتقال حرارت معمولی، پایین بودن ضریب هدایت حرارتی آنها می باشد. این مشکل را می توان با افزودن مقدار کمی از نانوذرات بهبود بخشید. در این مطالعه، افت فشار و انتقال حرارت جریان نانوسیال اکسید تیتانیوم- آب به صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفت. سه لوله مارپیچی با الگوی دایروی با نسبت انحنای 0375/0، 071/0 و 123/0 و یک لوله مارپیچی با الگوی مربعی با نسبت انحنای هیدرولیکی 071/0 با شرط مرزی دمای سطح ثابت مورد استفاده قرار گرفت. برای ارضای شرط دمای ثابت از مخزن بخار استفاده گردید. غلظت های نانوسیال های مورد استفاده در این تحقیق 1/0 و 5/0% حجمی بوده و برای تهیه و آماده سازی نانوسیال از دستگاه اولتراسونیک استفاده شد. قبل از انجام آزمایشات روی نانوسیال ها، صحت عملکرد دستگاه آزمایش توسط جریان سیال پایه آب درون لوله صاف در هر دو رژیم جریان آرام و مغشوش مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که در جریان آرام، ضریب اصطکاک و عدد ناسلت به دست آمده از داده های تجربی با روابط پیشنهادی دارای بیشینه خطای به ترتیب 1/4 و 1/14% بوده و در جریان مغشوش نیز بیشینه خطا برای ضریب اصطکاک و عدد ناسلت به ترتیب 1/6 و 1/8% می باشد. نتایج نشان داد که برای تمامی سیال ها و لوله های مورد استفاده ، با افزایش عدد رینولدز، عدد ناسلت افزایش یافته و ضریب اصطکاک کاهش می یابد. استفاده از الگوی مربعی به جای دایروی ضریب اصطکاک و عدد ناسلت را به میزان قابل توجهی افزایش داد. به عنوان مثال، در جریان آرام و مغشوش لوله مارپیچ دایروی، به ترتیب به میزان 6/9 و 9/4% افزایش عدد ناسلت داشتیم. با افزودن نانوذرات به سیال پایه شاهد افزایش آشکار ضریب اصطکاک و عدد ناسلت بودیم و این روند افزایشی با افزایش غلظت حجمی نانوذرات افزایش می یابد. به عنوان مثال برای لوله مارپیچ مربعی و نانوسیال 1/0 % و 5/0 % حجمی به طور متوسط عدد ناسلت به ترتیب 3/10% و 5/16% بیشتر از جریان آب خالص در همان اعداد رینولدز بود. در محاسبه خواص ترموفیزیکی نانوسیال ها از روابط و مدل های پیشنهادی استفاده شد. در نمودارهای ضریب اصطکاک و عدد ناسلت شاهد یک پرش در مقادیر بودیم که دلیل آن انتقال رژیم جریان از آرام به مغشوش ذکر شد. عدد رینولدز بحرانی که این پرش ها اتفاق افتاد بسیار بزرگتر از عدد رینولدز بحرانی لوله صاف بود که دلیل آن اثر انحنا می باشد. در نهایت با استفاده از برازش منحنی داده های تجربی، روابطی برای محاسبه ضریب اصطکاک و عدد ناسلت لوله های مارپیچی بر اساس هندسه لوله مارپیچی و عدد رینولدز و پرانتل ارایه گردید. کلید واژه : افت قشار، انتقال حرارت جابجایی، نانوسیال، لوله مارپیچی، دمای ثابت سطح

ارتقاء امنیت وب با وف بومی