بررسي آزمايشگاهي انتقال حرارت جابجايي نانوسيال آبي Al2O3 در ميكرومبدل حرارتي

Experimental investigation of convective heat transfer of Al2O3/water nanofluid through the micro heat exchanger

در اين پژوهش، انتقال حرارت جابجايي اجباري آب خالص و نانوسيال آلومينا- آب در غلظت هاي حجمي 5/0% و 1% در يك گرمازداي ميكروكانال به صورت تجربي بررسي گرديد. اين گرمازداي ميكروكانال، داراي 17 كانال موازي با سطح مقطع مستطيل شكل به عرض µm 400، ارتفاع µm 560 و طول mm50 مي‌باشد. آزمايش‌ها در محدوده عدد رينولدز 600 تا 1800 و همچنين در شرايط شار حرارتي ثابت (W/cm2 19) صورت گرفت. مطالعات پايداري نشان داد بيشترين مدت زمان پايداري نانوسيال آلومينا - آب در 3pH = و با قرار دادن مدت 3 ساعت در يك حمام ارتعاش دهنده مافوق صوت، حاصل مي شود. تغييرات دماي سطح ميكروكانال، دماي سيال در ناحيه ورودي ميكروكانال، ضريب انتقال حرارت متوسط نانوسيال و آب خالص و همچنين ضريب اصطكاك آن ها به صورت آزمايشگاهي اندازه‌گيري شد. همچنين مقايسه بين عدد ناسلت متوسط نانوسيال با روابط موجود انتقال حرارت جابجايي انجام گرديد. نتايج نشان مي دهد انتقال حرارت با استفاده از نانوسيال نسبت به آب خالص افزايش قابل توجهي از خود نشان مي دهد به طوري كه بيشترين مقدار افزايش ضريب انتقال حرارت متوسط براي نانوسيال آلومينا- آب با غلظت 5/0% حدود 8/32% و براي نانوسيال آلومينا- آب با غلظت 1% حدود 7/49% نسبت به آب خالص است. همچنين مشخص شد با افزايش عدد رينولدز و همچنين كسر حجمي نانوذره، ضريب انتقال حرارت افزايش مي‌يابد.

In this study, the forced convective heat transfer of pure water and alumina-water nanofluid with volume concentration of 0.5% and 1%, as a cooling fluid through a microchannel heat exchanger was experimentally investigated. This microchannel consists of 17 parallel channels with a rectangular cross section with 400 µm width, 560 µm height, and 50 mm length. The experiments were performed for Reynolds number in the range of 600 to 1800, and constant heat flux conditions (19 W/cm2). Stability studies showed that maximum stability of alumina-water nanofluid was obtained at pH = 3 for 3 hours vibration in an ultrasonic bath. The variations of microchannel surface temperature, fluid temperature at the entrance region of the microchannel, average heat transfer coefficient of the nanofluid and pure water, and their friction factor were measured experimentally. Also, comparison between average Nusselt number with existing heat transfer relationships was performed. The results indicate that nanofluid shows considerable increase in the heat transfer in comparison to water, so that the maximum amount of average heat transfer coefficient for alumina-water nanofluid with 0.5% concentration is about 32.8% and for alumina-water nanofluid with 1% concentration is about 49.7% in comparison to pure water. It was also found that the heat transfer coefficient increases with increasing Reynolds number and nanoparticle volume fraction.