Skip to main content
SUPERVISOR
Roohollah Bagheri,Seyed.Gholamreza Etemad
روح اله باقری (استاد راهنما) سیدغلامرضا اعتماد (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohammad Hojjat
محمد حجت

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1383

TITLE

Experimental investigation on convective heat transfer of non-Newtonian nanofluids in a circular tube with different thermal boundary conditions
Rheological and thermal behaviors of nanofluids with non-Newtonian base fluid were investigated experimentally. A solution of 0.5% wt. carboxymethyl cellulose in de-ionized water was used as the base fluid. ?-Al 2 O 3 , CuO and TiO 2 nanoparticles were employed to prepare three kinds of nanofluids. Rheological characteristics of the base fluid and ?-Al 2 O 3 , CuO, and TiO 2 nanofluids with different concentrations and temperature range of 5-50 °C were measured using a cylindrical rheometer. The base fluid and all nanofluids exhibited pseudoplastic behavior. Flow behavior index of nanofluids is less than that of the base fluid and decreases with nanoparticle concentration. At a given particle concentration flow behavior index of nanofluids increases with increasing temperature. Consistency index of nanofluids is larger than that of the base fluid and decreases with temperature. Thermal conductivities of the base fluid and those of the nanofluids with various concentrations and temperatures were measured. Thermal conductivity of nanofluids shows enhancement in comparison to that of the base fluid. Convective heat transfer coefficients of the base fluid and nanofluids in a circular straight horizontal tube in concentration range 0.1-1.5% vol. with two different boundary conditions of constant wall temperature and constant wall heat flux were obtained. Both laminar and turbulent flow regimes were considered. Results of all cases show that the average heat transfer coefficients of nanofluids are significantly larger than the base fluid. The heat transfer coefficient of nanofluids increases with increase in both Peclet number and particle concentration. Enhancement of heat transfer coefficient of nanofluids increases with particle concentration. In the case of constant wall temperature, enhancement of heat transfer coefficient of nanofluids in turbulent flow is greater than that of the laminar flow, but for constant wall heat flux condition there exists no significant difference. Peclet number has no significant effect on the relative heat transfer coefficient of nanofluids. This means that by increase in Peclet number heat transfer coefficients of the base fluid and that of the nanofluid increase with the same order. For constant wall heat flux boundary condition, the enhancement of local heat transfer coefficient of the base fluid and that of the nanofluid increases with increase in axial distance from the tube inlet. Results of local heat transfer coefficients of nanofluids show that the entrance length of nanofluids is larger than the base fluid and increases with increase in particle concentration. To predict the average heat transfer coefficients of nanofluids with different boundary conditions, two equations were obtained by an adequate non-linear curve fitting procedure.
دراین تحقیق رفتار رئولوژیکی و حرارتی نانوسیالات با سیال پایه غیرنیوتنی به صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفته اند. از محلول 5/0 درصد وزنی کربوکسی متیل سلولز (CMC) درآب بدون یون به عنوان سیال پایه استفاده شده و نانوذرات ?-Al 2 O 3 ، CuO وTiO 2 برای تهیه نانوسیال به کار رفته اند. رفتار رئولوژیکی سیال پایه و نانوسیالات ?-Al 2 O 3 در محدوده غلظت 5/1- 1/0 درصد حجمی و نانوسیالات CuO وTiO 2 در محدوده غلظت 0/4- 1/0 درصد حجمی و در بازه دمایی °C 50- 5 توسط یک رئومتر استوانه ای چرخشی مورد بررسی قرار گرفته اند. نتایج نشان می دهند سیال پایه و نانوسیالات در تمام غلظت ها و در محدوده دمای مورد آزمایش رفتار غیرنیوتنی شبه پلاستیک بروز می دهند. شاخص رفتار جریان نانوسیالات از سیال پایه کوچک تر است و با افزایش غلظت نانوذره کوچک تر می شود و در یک غلظت معین با افزایش دما افزایش می یابد. شاخص سازگاری نانوسیالات از سیال پایه بزرگ تر است و با افزایش دما کاهش پیدا می کند. ضریب هدایت حرارتی سیال پایه و نانوسیالات نیز در همان محدوده های ذکر شده غلظت و دما اندازه گیری شده اند. ضریب هدایت حرارتی نانوسیالات تا غلظت 5/1 درصد حجمی افزایش قابل ملاحظه ای نشان نمی دهد. اما ضرایب هدایت حرارتی نانوسیالات CuO وTiO 2 در غلظت های 3 و 4 درصد حجمی نسبت به سیال پایه افزایش بسیار زیادی نشان می دهند. ضریب انتقال حرارت جابجایی متوسط سیال پایه و نانوسیالات با غلظت های 5/1- 1/0 درصد حجمی درون لوله مدور مستقیم افقی با اعمال دو شرط مرزی دمای ثابت و شار حرارتی ثابت در دیواره در هر دو رژیم جریان آرام و درهم اندازه گیری شده اند. در همه موارد ضریب انتقال حرارت نانوسیالات نسبت به سیال پایه افزایش قابل ملاحظه ای نشان می دهد. ضریب انتقال حرارت متوسط نانوسیالات تابع عدد پکلت و غلظت نانوذره بوده و با افزایش هردو، افزایش پیدا می کند. افزایش ضریب انتقال حرارت نانوسیالات نسبت به سیال پایه با افزایش غلظت نانوذره افزایش پیدا می کند. دلایل افزایش ضریب انتقال حرارت نانوسیالات به طور مفصل مورد بحث قرار گرفته اند. در حالت شرط مرزی دمای ثابت دیواره افزایش ضریب انتقال حرارت جریان درهم از جریان آرام بزرگ تر است، اما در حالت شرط مرزی شار حرارتی ثابت تفاوت قابل ملاحظه ای مشاهده نمی شود. در یک عدد پکلت معین ضریب انتقال حرارت (و عدد ناسلت) نسبی نانوسیالات با افزایش غلظت نانوذره افزایش پیدا می کند، ولی در یک غلظت مشخص تابع عدد پکلت نیست، یعنی با افزایش عدد پکلت ضریب انتقال حرارت سیال پایه و نانوسیالات با یک نسبت افزایش می یابند. افزودن نانوذره به سیال پایه موجب افزایش ضریب انتقال حرارت محلی آن می شود و این افزایش با زیاد شدن غلظت نانوذره افزایش می یابد. نتایج مربوط به ضرایب انتقال حرارت محلی نشان دهنده افزایش طول ورودی نانوسیالات در مقایسه با سیال پایه می باشند. با انطباق معادله بر داده های حاصل از این تحقیق دو معادله تجربی برای پیش بینی ضریب انتقال حرارت متوسط نانوسیالات در جریان درهم با دو شرط مرزی متفاوت ارایه گردید.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی