بررسي افت فشار و ضريب اصطكاك در سيال خنك كننده موتور با نانوذرات اكسيدهاي سيليسيوم، مس و تيتانيوم

Investigation of pressure drop and friction coefficient in engine coolant fluid by nanoparticles of silicon, copper, and titanium oxides

با توجه به تاثير كنترل دما بر عملكرد موتورهاي احتراق داخلي و كاهش آلايندگي، طراحي يك سيستم خنك‌كاري بهينه براي خودروها از اهميت زيادي برخوردار است. هم‌چنين در مطالعات پيشين مشخص شده است كه نوع جديدي از نانوسيالات، تاثير به‌سزايي بر بهبود عملكرد سيستم‌هاي خنك‌كننده خودروها دارد. در اين مقاله، افت فشار و ضريب اصطكاك نانوسيالات SiO2، CuO و TiO2 با غلظت هاي 1 و 2 درصد در سيال پايه آب و اتيلن‌گليكول با كسرحجمي 50 درصد، درون لوله رادياتور مورد ارزيابي قرار گرفته است. از نرم‌افزار فلوئنت براي شبيه‌سازي مدل جامد- مايع مزدوج سه بعدي استفاده شده‌است. نتايج نشان مي‌دهد كه افزايش غلظت حجمي ذرات، افزايش افت فشار جريان در طول لوله را به‌همراه دارد. كمترين ميانگين ضريب اصطلاك مربوط به نانوذرات CuO در غلظت 2 درصد و برابر با 0.020458 مي باشد. براي غلظت 2 درصد نانوذرات TiO2 ميزان تغييرات طول توسعه‌يافتگي نسبت به سيال پايه، در سرعت ثابت 0.3952 متر بر‌ثانيه، به اندازه 12.3 درصد مي‌باشد و جريان زودتر توسعه‌يافته مي‌گردد. هم‌چنين استفاده از نانوذرات با غلظت حجمي بالاتر، دماي سيال خنك‌كننده را به ميزان بيشتري كاهش مي‌دهد. بيشترين ميزان كاهش دماي سيال، مربوط به نانوذره SiO2 با غلظت حجمي 2 درصد مي باشد.

Considering the effect of temperature control on the performance of internal combustion engines and Pollution reduction, designing an optimal cooling system for cars is of great importance. Previous studies have also shown that a new type of nanofluid has a significant effect on improving the performance of automotive cooling systems. In this paper, the pressure drop and friction factor of SiO2, CuO, and TiO2 nanofluids with concentrations of 1 and 2% in water and ethylene glycol-based fluid with 50% volume fraction, inside the radiator tube, have been evaluated. Fluent software is used to simulate the solid-liquid three-dimensional conjugate model. The results show that increasing the volumetric concentration of particles increases the pressure drop along the tube. The lowest average friction factor is related to CuO nanoparticles at a concentration of 2% and equal to 0.020458. For a concentration of 2% TiO2 nanoparticles, the rate of change in development length relative to the base fluid at a constant speed of 0.3952 m/s is 12.3%, and the flow reaches the fully developed area sooner. Also, the use of nanoparticles with higher volumetric concentrations will further reduce the temperature of the coolant. The maximum fluid temperature reduction is related to SiO2 nanoparticles with a volume concentration of 2%.