Skip to main content
SUPERVISOR
محمدعلی اخوان بهابادی (استاد راهنما) احمد صداقت (استاد راهنما) ابراهیم شیرانی چهارسوقی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Aliakbar Shamshiri Ahmadabad
علی اکبر شمشیری احمدآباد

FACULTY - DEPARTMENT

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

TITLE

Experimental Study on Heat Transfer and Pressure Drop of Nanofluid Flow inside Horizontal Coiled Wire Inserted Tubes under Constant Wall Temperature Condition
In this work, an experimental study is carried out to investigate the effect of adding MWCNT nanoparticles to the heat transfer oil on flow heat transfer and pressure drop characteristics. Thanks to many studies performed in recent two decays on nanofluids. Although usage of nanofluids heat transfer is in preliminary stages, it is necessary to understand mechanisms of enhancing in heat transfer in these studies. Another technique usually have been used for increasing in heat transfer is use of inserted devices such as wire coils in tubes. They show several advantages in relation to other enhancement techniques such as Low cost and Easy installation and removal. Here, the experimental works are carried out for pure base oil and nanofluids flow inside plain tube and wire coil inserted tubes. The wall temperature was maintained constant throughout this study and fluid flow is either laminar flow or low Reynolds number turbulent flow. To provide constant wall temperature, the entire test section is surrounded by saturated water vapor. The fluid flow in the tubes is considered hydrodynamically developed, but thermally is in developing stage. Heat transfer oil is (HT-B) and nanoparticles are of MWCNT type. The heat transfer oil with the nanoparticles with the weight concentrations of 0.1, 0.2 and 0.4% are considered as the working fluid. The experimental study was carried out on six test sections including a circular tube with 1500 mm length, 14.5 mm inner diameter and 15.6 mm outer diameter and five wire coils fitted in the plain tube within a geometrical range of helical pitch 1.12 p/d 2.79 and wire diameter 0.069 e/d 0.097. Base fluid and nanofluids characteristics like density, viscosity, thermal conductivity coefficient and specific heat capacity have been measured by means of accurate apparatuses. The experimental measurements showed that adding nanoparticles to the base fluid would lead to the increase in density, thermal conductivity and viscosity of the base liquid, but specific heat capacity decreases as nanoparticle concentration increases. The maximum increasing of the value of thermal conductivity up to 15.3% is achieved for nanofluid with the highest concentration. The experimental results of the convective heat transfer of flow inside plain tube and wire coil inserted tubes showed that by increasing the flow rate and nanoparticles concentration, the convective heat transfer coefficient is increased. The maximum enhancement of convective heat transfer coefficient of up to 73% and 1014% are obtained for the nanofluid flow with 0.4% wt. concentration for plain tube and wire coil inserted tube, respectively. On the other hand, results obtained for pressure drop in plain tube and wire coil inserted tubes showed that the pressure drop was enhanced by increasing the flow rate and nanoparticles concentration. Furthermore, the performance evaluation of the two enhanced heat transfer techniques studied in this investigation showed that dilute nanofluids have better efficiency. Key Words nanofluid, heat transfer, pressure drop, constant temperature and wire coil inserts.
این پژوهش، به بررسی تجربی افزایش انتقال حرارت و افت فشار در اثر افزودن نانولوله های کربنی به روغن انتقال حرارت می پردازد. با وجود مطالعات فراوانی که در دو دهه اخیر بر روی نانوسیال ها انجام گرفته، تحقیقات روی کاربردهای انتقال حرارت نانوسیال هنوز در مراحل ابتدایی قرار دارد و ضروری است مکانیزم افزایش انتقال حرارت کاملاً شناخته شود و تحقیقات موجود تکمیل گردد. یکی دیگر از روش هایی که معمولاً برای افزایش انتقال حرارت به کار می رود، استفاده از تجهیزات داخل لوله ای از جمله سیم پیچ می باشد، که نصب آسان و قیمت پایین از مزایای اصلی این روش افزایش انتقال حرارت می باشد. آزمایش‌ها برای جریان روغن انتقال حرارت و نانوسیالات مختلف درون لوله صاف و لوله های با سیم پیچ در شرایط دمای دیواره ثابت، در رژیم جریان آرام و اعداد رینولدز پایین جریان مغشوش انجام گرفت. بخش آزمایش از یک لوله صاف مسی که فنرها در آن قرار می گرفتند، به طول 5/1 متر و قطر داخلی 5/14 میلی متر و قطر خارجی 6/15 میلی متر تشکیل شده بود، البته طول لوله برای سنجش ضریب انتقال حرارت 2/1 متر و برای پارامتر افت افشار 5/1 متر بود. سیال جاری درون لوله توسط بخار موجود در مخزن که اطراف لوله را احاطه کرده بود و بیش از نیاز توسط المنت های حرارتی تولید می شد، گرم می شد. سیال های مورد آزمایش روغن انتقال حرارت به همراه سه نانوسیال روغن انتقال حرارت- نانو لوله های کربنی با غلظتهای جرمی 1/0، 2/0 و 4/0 درصد بودند که درون لوله صاف و لوله های با سیم پیچ جریان یافتند. سیم پیچ های مورد آزمایش در این تحقیق در گستره هندسی گام پیچ 79/2 p/d 12/1 و قطر سیم 097/0 e/d 069/0 قرار داشتند. خصوصیات ترموفیزیکی سیالات آزمایش شامل چگالی، ضریب هدایت حرارتی، لزجت و گرمای ویژه به صورت آزمایشگاهی و با دستگاه های دقیق اندازه گیری شدند و بر اساس این داده‌ها روابطی برای محاسبه خصوصیات نانوسیال ارائه گردید تا در محاسبات مربوط به انتقال حرارت و افت فشار مورد استفاده قرار گیرند. نتایج آزمایش ها نشان داد که افزودن نانولوله ها باعث افزایش چگالی، ضریب هدایت حرارتی و لزجت روغن انتقال حررات گردیده است ولی گرمای ویژه روغن انتقال حرارت با افزودن نانولوله ها کمتر شده است. در بخش سیال پایه عبوری از لوله با سیم پیچ روابطی برای پیش بینی عدد ناسلت بر پایه عدد رینولدز و عدد پرانتل و هندسه سیم پبیچ ارائه شد. افزایش قابل ملاحظه انتقال حرارت در ناحیه ای که الگوی جریان به دلیل استفاده از سیم پیچ تغییر کرده بود، مشاهده شد، البته افزایش در ضریب انتقال حرارت همراه با افزایش در ضریب اصطکاک و افت فشار مشاهده شد. نتایج آزمایش نانوسیالات، خصوصیات بهتر انتقال حرارت نسبت به سیال پایه را نشان داد. در لوله صاف در یک عدد رینولدز یکسان با افزایش غلظت نانوسیالات میزان انتقال حرارت افزایش یافت، در عین حال مقدار افت فشار نیز افزایش قابل ملاحظه ای را، مخصوصاً برای نانوسیال با غلظت 4/0 درصد، نشان داد. همچنین نتایج این بخش بیان گر این بود که با افزایش عدد رینولدز میزان افزایش انتقال حرارت بیشتر می شد. در بخش نانوسیال عبوری از لوله با سیم پیچ بار دیگر افزایش انتقال حرارت در مقایسه با زمانی که سیال آزمایش، سیال پایه بود، مشاهده شد. این افزایش در ناحیه کاملاً آرام از افزایش ایجاد شده توسط همان نانوسیال در لوله صاف بیشتر بود ولی در نواحی گذرا و مغشوش نتیجه بالعکس بود. در پایان به دلیل افزایش هم زمان انتقال حرارت و افت فشار به ارزیابی عملکرد روش های افزایش انتقال حرارت به کار رفته پرداخته شد. کلید واژه : نانوسیال، انتقال حرارت، افت فشار،خواص ترموفیزیکی، سیم پیچ، دما ثابت

ارتقاء امنیت وب با وف بومی