بررسي تأثير هندسه و نوع نانو سيال در انتقال حرارت درون ميكروكانال به‌كمك ديناميك سيالات محاسباتي (CFD)

Investigation of the Effect of Geometry and Type of Nanofluids on the Heat Transfer Inside the Microchannel using Computational Fluid Dynamics (CFD)

هدف اين مقاله، مطالعه عددي مشخصه‌هاي انتقال حرارتي و جريان نانوسيالات درون ميكروكانال استوانه‌اي با سطح مقطع‌هاي مستطيلي، مثلثي و دايره‌اي و همچنين مقايسه سيال پايه آب و دي‌اتيلن ‌گلايكول است. اندازه و شكل اين مقطع‌ها تأثير قابل‌توجهي روي عملكرد گرمايي و هيدروليكي مبدل حرارتي ميكروكانال دارد. نانوسيالات استفاده ‌شده در اين تحقيق شامل آب و دي‌اتيلن ‌گلايكول به‌‌عنوان سيال پايه و نانوذرات شامل SiO2، Cu، Al2O3 و CuO است.براي حل مسئله و استخراج داده‌هاي مورد نياز يك شبيه‌سازي سه‌بعدي براي ميكروكانال با استفاده از نرم‌افزار ANSYS FLUENT 15.0 انجام شد و تأثير شكل سطح مقطع جريان سيال و نوع نانو سيالات استفاده ‌شده، روي پارامترهاي انتقال حرارت و جريان سيال بررسي شد. از نتايج به‌دست ‌آمده در اين تحقيق، مشاهده مي‌شود كه با افزودن نانوذرات به سيال پايه ميزان انتقال حرارت و افت فشار افزايش پيدا مي‌كند. همچنين نتايج نشان مي‌دهد كه كانال‌هاي مستطيلي بهترين عملكرد را در بين سه هندسه بررسي‌ شده دارا است و بدترين عملكرد مربوط به كانال‌هاي مثلثي است زيرا ميزان ضريب انتقال حرارت جابه‌جايي در كانال‌هاي مستطيلي و دايره‌اي به‌ترتيب 19/26 و 10/88 درصد بيشتر از كانال‌هاي مثلثي گزارش شده است و در پايان، سيال پايه دي‌اتيلن ‌گلايكول به‌جاي آب در يك دبي يكسان استفاده شد و مشخص شد كه عملكرد سيال پايه آب به‌مراتب بهتر از دي‌اتيلن ‌گلايكول است به اين ترتيب كه ضريب انتقال حرارت جابه‌جايي براي سيال پايه آب در غلظت سه درصد نانوسيال Al2O3 به‌ميزان 80 درصد بيشتر از سيال پايه دي‌اتيلن گلايكول به‌دست آمد.

The purpose of this article is the numerical study of flow and heat transfer characteristics of Nanofluids inside a cylindrical microchannel with rectangular, triangular, and circular cross-sections. The size and shape of these sections have a significant impact on the thermal and hydraulic performance of the microchannel heat exchanger. The Nanofluids used in this work include water and De-Ethylene Glycol (DEG) as the base fluids and Al2O3, Cu, SiO2 and CuO as the nanoparticles. To solve the problem and extract the required data, a 3-D simulation was performed for the microchannel using ANSYS FLUENT 15.0 software and the effect of the cross-sectional shape of the fluid flow and the type of nanoparticles on the thermal transfer and fluid flow parameters was studied. From the obtained results, it can be observed that the addition of nanoparticles to the base fluid increases the heat transfer and pressure drop. The results also show that rectangular channels have the best performance among the three geometries examined as its heat transfer coefficient was 19.26% higher than the triangular cross section which had the worst performance.