Skip to main content
SUPERVISOR
محمدرضا سلیم پور (استاد مشاور) احمد سوهان کا راصفهانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Ehsan Abidi
احسان عبیدی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390
In this study, numerical simulations were performed for laminar/turbulent flow and heat transfer of nano-fluids in wavy channels as a main part of the plate heat exchangers. The Reynolds numbers based on the inflow velocity and the height of channel were chosen in the range of 200-1600. The numerical results were compared with the reported numerical results and good agreement was obtained. A grid study was also performed with eight different mesh sizes to find the appropriate grid. In order to improve the performance of the plate heat exchangers, two passive heat transfer augmentation methods were employed including the corrugated (wavy) walls and addin g nanoparticles to the base fluid. In the first augmentation method, the walls of channel are corrugated and the effect of channel geometric parameters including wave amplitude, wave length, different phase between the upper and lower wavy walls, and wave shape on the characteristics of the flow field and heat transfer was investigated. The scaled wave amplitude and wave length considered for this parameter study are in the ranges of 0.1-0.5 and 1.1-4.4, respectively. The angles of 0°, 90° and 180° are considered for different phase between the upper and lower wavy walls and the Sine, Arc, Triangle and TetraPak wave shapes are employed to corrugate the walls of channel. To study the results obtained, Nusselt number, pressure drop, friction factor and also a thermal parameter (the relation between the key parameters of the velocity, friction factor f , and thermal boundary layers, Nusselt numbers) were provided to evaluate the optimized parameters of the wavy channel. The results show that suitable scaled wave amplitude, wave length and different phase between the upper and lower wavy walls of optimized wavy channel are 0.4, 2.2 and 0° respectively. Also results show that the wavy channel with TetraPak wave shape has the best performance in comparison with the other shapes considered. In the second augmentation method, the effect of adding the nanoparticles of Al 2 O 3 , CuO and TiO 2 to water, as the base fluid, with 1-5% volume fraction, on the heat transfer enhancement of the optimized wavy channel was studied to choose the most appropriate nanofluid. The results show that the heat transfer and pressure drop increase as the Reynolds number, the wave amplitude and the nanoparticle volume fraction increase. The heat transfer rate of base fluid flow in the optimized wavy channel is 2.49 times more than the flow in the simple channel (without wave). Also it was found that the water/CuO nanofluid has the best performance between the nanofluids considered in this study where the heat transfer rate of flow of water/CuO nanofluid with 5% volume fraction, in the optimized wavy channel increased 23% compared with the base fluid flow. Keywords Wavy channel, Nano-fluids, Heat transfer enhancement, Thermal performance parameter, Numerical simulation, plate heat exchangers
راهکارهای بهبود میزان انتقال حرارت در سیستم های حرارتی در دو دسته کلی فعال و غیر فعال تقسیم بندی می شود. در این پایان نامه تاثیر دو رویکرد غیر فعال موج دار کردن مجاری و نانو سیال بر افزایش عملکرد حرارتی یک نوع مبدل های حرارتی صفحه ای با استفاده شبیه سازی عددی مطالعه شده است. به عنوان رویکرد اول برای بهبود انتقال حرارت یک کانال بین دو صفحه مبدل حرارتی، ابتدا کانال موج دار شده و جریان درون آن با کانال بدون موج مقایسه شده است. با انتخاب پارامتر های هندسی برتر کانال شامل دامنه موج کانال، طول موج کانال، اختلاف فاز بین دیواره بالا و پایین کانال و همچنین شکل موج کانال، کانال برتر معرفی شده تا بهترین عملکرد را در بهبود و افزایش میزان انتقال حرارت داشته باشد. در این حالت، جریان آب خالص با عدد پرانتل 99/6 در اعداد رینولدز در محدوده 200 تا 1600 بعنوان سیال عامل استفاده شده است. پس از تعیین کانال موج دار برتر، برای بهبود انتقال حرارت نانوذرات به سیال پایه جهت ایجاد نانوسیال اضافه شده است که موجب بهبود خواص ترموفیزیکی سیال می شود. در این تحقیق، سه نانوسیال آب- اکسید مس، آب- اکسید آلمینیوم و آب- اکسید تیتانیوم با کسر حجمی از یک تا 5 درصد درون کانال برتر در محدوده اعداد رینولدز 200 تا 1600 استفاده شده است تا نانوسیالی که بهترین عملکرد را در بهبود میزان انتقال حرارت دارد، مشخص شود. برای بررسی جریان و انتقال حرارت، در تمام حالات تاثیر عدد رینولدز جریان، پارامتر های هندسی، نوع نانوسیال و غلظت آن بر پارامتر هایی مانند میزان انتقال حرارت، اختلاف دمای بالک ورودی و خروجی کانال، ضریب انتقال حرارت جابجایی، عدد ناسلت، ضریب اصطکاک پوسته ای، میزان افت فشار و ضریب عملکرد بررسی شده است.کلیه شبیه سازی های عددی این تحقیق بوسیله نرم افزار فلوئنت انجام شده است. نتایج این تحقیق نشان می دهد که میزان انتقال حرارت جریان و افت فشار با افزایش عدد رینولدز، دامنه موج کانال و غلظت نانوذرات افزایش می یابد. میزان انتقال حرارت سیال پایه در عدد رینولدز 1600 درون کانال موج دار برتر، 49/2 برابر جریان درون کانال بدون موج است. میزان افت فشار جریان درون کانال موج دار برتر حدود 25/7 برابر جریان درون کانال بدون موج است. ضریب عملکرد کانال برتر نسبت به کانال بدون موج 45/1 است. همچنین مشاهده شد که نانوسیال آب- اکسید مس، بهترین عملکرد را در بین دیگر نانوسیالات مورد بررسی دارد. میزان انتقال حرارت جریان نانوسیال آب- اکسید مس با غلظت 5% با عدد رینولدز 1600 درون کانال موج دار برتر، 23 % نسبت به جریان سیال پایه در این کانال افزایش می یابد. کلمات کلیدی : کانال موج دار، نانوسیال، بهبود انتقال حرارت، ضریب عملکرد گرمایی، حل عددی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی