بررسي تجربي انتقال حرارت نانوسيال آلومينا/آب داخل لوله افقي

Experimental Study of Heat Transfer of Al2O3/Water Nanofluid Through Horizontal Tube

در اين مقاله، انتقال حرارت وافت فشار نانوسيال آلومينا/آب، در جريان درهم درون يك لوله افقي به صورت تجربي بررسي مي شود. آزمايش طراحي شده به صورت يك حلقه بسته بوده و شامل پمپ، منبع ذخيره نانوسيال، سيستم‌هاي اندازه‌گيري دما و فشار، و مسيرهاي لوله جهت انتقال نانوسيال مي‌باشد. حلقه جريان به گونه اي طراحي شده است كه اختلاف فشار دو سر لوله حاوي نانوسيال با يك دستگاه اندازه گير ديفرانسيلي فشار اندازه گيري مي شود. ده عدد حسگر دما نيز بر روي جداره لوله نصب شده است و به صورت محلي نسبت به اندازه‌گيري دماي جداره اقدام مي‌شود. شرط مرزي درنظر گرفته شده در جداره لوله، شار حرارتي ثابت است. نانوذرات آلومينا با اندازه 40 نانومتر تهيه شده و به صورت معلق در آب مقطر به حالت پايدار در غلظت هاي 1%، 5/1% و 2% توليد شده‌اند. نتايج، بيانگر افزايش انتقال حرارت با استفاده از نانوذرات در سيال پايه است. افزايش عدد ناسلت براي نانوسيال در غلظت 2% حجمي در رينولدز 13500، در حدود 22% مشاهده شده است. داده هاي تجربي به دست آمده، با نتايج حاصل از پيش بيني هاي انتقال حرارت تكفاز در جريان درهم نيز مقايسه مي شود. همچنين اين آزمايش براي آب به عنوان سيال پايه نيز انجام مي شود و نتايج حاصل از آن با نتايج نانوسيال مقايسه مي شوند. افت فشار اندازه گيري شده با استفاده از نانوسيالات تقريباً برابر با سيال پايه مي باشد.

In the present study, the turbulent convective heat transfer and pressure drop characteristic of alumina (Al2O3) nanoparticle dispersions in water is studied experimentally in a horizontal tube. The boundary condition imposed on the tube wall is that of uniform heat flux. Ten temperature sensors are also used to measure the surface temperature. One differential pressure transmitter (DPT) is employed to measure the differential pressure between inlet and outlet of the tube. A flow loop facility is constructed to conduct the experiments. To do this, Al2O3 nanoparticles of 40 nm size are characterized and dispersed in distilled water to form stable suspension containing 1.0%, 1.5% and 2.0% by volume concentrations of nanofluids. Results indicate that heat transfer coefficients increase with nanofluid volume concentration. The enhancement of the Nusselt number is about 22% at Re=13500 using 2% alumina nanoparticles compared to distilled water. The experimental data are also compared to predictions made by using the traditional single-phase convective heat transfer pressure drop in turbulent regime. The measured pressure loss when using nanofluids is almost equal to that of the base fluid.