شبيه‌سازي سه‌ بعدي انتقال حرارت و جرم در جريان آشفته دو غاب يخ در لوله‌هاي افقي

3 D simulation of heat and mass transfer in turbulent flow of ice slurry in horizontal pipes

دوغاب يخ به تركيبي از ذرات ريز يخ با سيال حمل كننده مايع مانند آب گفته مي‌شود. توانايي تغيير فاز در اين تركيب سبب شده كه در زمينه‌هاي ذخيره‌سازي دما و در بخش‌هاي مختلف تهويه به‌عنوان مبرد سرمايشي سيكل ثانويه به‌ شدت مورد توجه محققين قرار بگيرد. در مطالعه حاضر جريان تغيير فاز دهنده دوغاب يخ در داخل لوله‌هاي افقي به‌ صورت عددي و با استفاده از نرم‌افزار فلوئنت مورد بررسي قرار گرفته است. ماهيت دوفازي تركيب دوغاب يخ با استفاده از مدل دوفازي اويلر-اويلر و بر پايه تئوري جنبشي جريان‌هاي دانه‌اي مورد بررسي قرار گرفته است. در اين پژوهش اثر تغيير فاز ذرات يخ بر روي ميزان حرارت و جرم مبادله شده بين فازي مورد بررسي قرار گرفته و افزايش 12 درصدي ضريب انتقال حرارت محلي براي استفاده از تركيب دوغاب يخ نسبت به آب خالص تك‌فاز مشاهده شده است. هم‌چنين با بررسي ميزان انتقال جرم و انتقال حرارت در طول لوله مشخص شده است كه ضريب جابه‌جايي حرارتي در طولي از لوله كه بزرگ‌تر از 10-15 برابر قطر لوله است، به صورت ثابت باقي مي‌ماند. در حالي كه تغييرات ميزان جرم ميانگين مبادله‌ ‌شده در طول 10 الي 15 برابر قطر لوله به بيشترين ميزان ممكن (بين 2-5 برابر خروجي) رسيده و پس از آن كاهش مي‌يابد ضمن آنكه كه در 20 درصد انتهايي طول لوله، روند كاهشي سريع‌تر است.

Ice slurry is called a mixture of fine ice particles with a fluid carrier such as water. The phase change ability is reason for use of this mixture as the refrigerant cooling. In this research, flow of ice slurry in horizontal tubes faring the phase change is numerically investigated using FLUENT software. The two-phase nature of ice slurry mixture is studied using the Euler-Euler two-phase model based on kinetic theory of granular flows. The effect of ice particles phase change on heat and mass transfer between phases are investigated, the obtained results show that the local heat transfer coefficient for the use of the icy slurry mixture is increased 12% compare to the pure water. It is also determined by examining heat and mass transfer rate along tube, that the heat transfer coefficient for the pipe lengths larger than 10-15 times pipe diameter, remains constant. The variation of mean mass transfer is maximum at distance of 10-15 times of pipe diameter. The maximum value is 2-5 times larger than mean mass transfer in the pipe outlet. At the 20% end of the pipe, the decreasing trend of mass transfer accelerates.