Skip to main content
SUPERVISOR
Mohamad Reza Tavakoli nejad
محمدرضا توکلی نژاد (استاد راهنما)
 
STUDENT
Sonia Rashidian
سونیا رشیدیان

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394

TITLE

An Experimental Investigation on the Effects of Porous Media at Heat Transfer Enhancement in a Pipe with Constant Temperature
According to Increasing human needs for energy and to avoid energy waste researchers are struggling to increase the efficiency of energy production or energy conversion. One of these methods, is increasing heat transfer and reducing heat dissipation in heat exchangers. Using porous materials in the fluid path is one of the passive methods for increasing heat transfer in heat exchangers. The presence of porous media in the flow path, improve the matrix of thermal conductivity and effective flow thermal capacity and also matrix of porous-solid increase radiation heat transfer, especially in two phase flow (gas-water) systems. In this study using porous media inside a tube and effects of porosity percentage, material and different geometric structure on heat transfer changes has been investigated. Fluid used in the test was water, flow was turbulence and Reynolds number )Re) was varied from 3800 to 5073. The test is performed on a part of a tube in a boiler with constant temperature boundary condition. Before testing on porous media, performance of devices has been verified by comparing of simulation and experimental data for an empty tube. The maximum uncertainties associated with 480 L/hr, where the difference in the heat transfer coefficient obtained from the experimental data with the simulation values is 16.22% and average error in total flow rate is 8.65%. After testing on porous media, the results showed that in two samples with the same material and porosity, the geometric structure can increase the heat transfer coefficient by 1.7 times, Also due to the effect of hydraulic diameter on the calculation of Nusselt number in the porous medium, the Nusset number is not a accurate criterion for comparing the increase in heat transfer. Comparison of samples with a approximately the same porosity percentage and a different geometric structure was concluded that the geometric structure has a very significant effect on the performance of the porous medium, in some cases the geometric structure reduces heat transfer and undesirable effects on the system, Depending on the geometric structure, the increase of heat transfer may also occur in a certain range of Reynolds numbers. Finally, the highest heat transfer coefficient enhancement in this study was 5.7 times the heat transfer coefficient in an empty tube. Also in some cases, the presence of porous medium reduced the heat transfer coefficient to 89.45% of the heat transfer coefficient in an empty tube. Keywords: Porous media, Heat transfer enhancement, Heat exchanger, Constant temperature, Experimental investigatio
با توجه به نیاز روز افزون بشر برای انرژی و در راستای لزوم جلوگیری از اتلاف انرژی محققان در تلاش هستند تا راندمان و کارایی سیستم های تولید و یا تبدیل انرژی را افزایش دهند. یکی از این راه ها، افزایش انتقال حرارت وکاهش اتلاف حرارت در مبدل های حرارتی می باشد. جایگذاری مواد متخلخل در مسیر سیال یکی از روش های غیر فعال افزایش انتقال حرارت در مبدل های حرارتی می باشد. وجود محیط متخلخل در مسیر جریان، ماتریس ضریب هدایت حرارتی و ظرفیت گرمایی موثر جریان را بهبود داده و همچنین ماتریس متخلخل-جامد، سرعت انتقال حرارت تشعشعی را به خصوص در سیستم هایی که گاز جریان دارد، افزایش می دهد. در این پژوهش با کار گذاشتن محیط های متخلخل با درصد تخلخل، جنس و ساختار هندسی متفاوت در مسیر جریان، تغییرات انتقال حرارت نسبت به حالت لوله خالی مورد بررسی قرار گرفته است. سیال مورد استفاده در آزمایش، آب و نوع جریان مغشوش در محدوده عدد رینولدز 3800 تا 5073 انتخاب شده است، آزمایش در قسمتی از یک لوله در دیگ بخار با شرط مرزی دما ثابت انجام گرفته است. قبل از انجام آزمایش ها روی محیط های متخلخل، صحت عملکرد دستگاه توسط مقایسه نتایج شبیه سازی و تجربی برای حالت لوله خالی مورد بررسی قرار گرفته است. در دبی L/hr 480، ضریب انتقال حرارت به دست آمده از داده های تجربی با مقادیر شبیه سازی دارای بیشینه خطای 32/16% است و میانگین خطا در کل دبی ها 65/8% می باشد. پس از آزمایش بر روی محیط های متخلخل، نتایج نشان داد در دو نمونه با جنس و درصد تخلخل یکسان، تغییر ساختار هندسی می تواند ضریب انتقال حرارت را تا 7/1 برابر افزایش دهد، همچنین به سبب تاثیر قطر هیدرولیکی در محاسبه عدد ناسلت در محیط متخلخل، عدد ناسلت معیار دقیقی برای مقایسه افزایش انتقال حرارت نمی باشد. در مقایسه نمونه هایی با درصد تخلخل نزدیک به هم و ساختار هندسی متفاوت نتیجه گرفته شد ساختار هندسی تاثیر بسیار مهمی بر عملکرد محیط متخلخل دارد، در برخی موارد ساختار هندسی موجب کاهش انتقال حرارت و اثر نامطلوب روی سیستم می شود، همچنین وابسته به ساختار هندسی افزایش انتقال حرارت ممکن است در محدوده خاصی از اعداد رینولدز صورت پذیرد. در نهایت بیش ترین افزایش ضریب انتقال حرارت در این پژوهش، 7/5 برابر ضریب انتقال حرارت در حالت لوله خالی بود، همچنین در برخی موارد وجود محیط متخلخل باعث کاهش ضریب انتقال حرارت تا 45/89 % مقدار ضریب انتقال حرارت لوله خالی شد. کلمات کلیدی: محیط متخلخل، افزایش انتقال حرارت جابه جایی، مبدل حرارتی، دما ثابت، بررسی تجربی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی