افت فشار و انتقال حرارت جريان نانوسيال آب/اكسيد تيتانيوم درون كانال دايره‌اي، مربعي و مستطيلي

Water/TiO2 nanofluid flow heat transfer and pressure drop through ducts with circular, square and rectangular cross-sections

هزينه انرژي در دهههاي اخير بشدت افزايش پيدا كرده است. لذا نياز مبرم به نوع جديدي از سيال كاري براي بهبود عملكرد گرمايي سيستمها و كاهش مصرف انرژي احساس ميشود. يكي از سيستمهاي گرمايي پركاربرد مبدلهاي حرارتي هستند. در طراحي مبدل حرارتي مطالعه مشخصه‌هاي هيدروليكي و گرمايي جريان كاملاً توسعه يافته داخل كانال با سطح‌مقطع‌هاي مختلف از اهميت ويژه اي برخوردار است. بنابراين در پژوهش حاضر رفتار گرمايي و هيدروليكي جريان آرام سيال پايه(آب) و نانوسيال آب/اكسيد تيتانيوم درون كانال با سطح‌مقطع‌هاي دايره‌اي، مربعي و مستطيلي بطور تجربي مطالعه مي‌شود. اين پزوهش كمك مي‌كند تا تاثير غلظت نانوذرات، عدد رينولدز و شكل سطح‌مقطع را روي انتقال حرارت و افت فشار نانوسيال بررسي كنيم. آزمايش‌ها براي نانوسيال آب/اكسيد تيتانيوم با سه غلظت حجمي0، 2/0 و 5/0 تحت رژيم جريان آرام با دماي ثابت سطح انجام شده‌اند. تحليل اطلاعات نشان مي‌دهد كه افت فشار كانال غيردايروي نسبت به كانالهاي دايروي كمتر است و اضافه شدن نانوذرات به سيال پايه افت فشار جريان داخل كانالها را چندان افزايش نمي‌دهد. همچنين نتايج آزمايشگاهي نشان مي‌دهند كه عدد ناسلت كانال دايره‌اي نسبت به كانالهاي غير دايروي براي سيال پايه و نانوسيال بيشتر است. اما افزايش نسبي عدد ناسلت كانالهاي غير دايروي نسبت به كانال دايره‌اي بيشتر است زيرا افزودن نانوذره‌ها به سيال پايه موجب كاسته شدن از اثرات منفي گوشه‌هاي تيز كانالهاي غير دايروي و بهبود انتقال حرارت مي‌شود.

Energy costs have soared rapidly in the last decades. Thus, there is a tremendous need for new kinds of working fluids to improve the heating systems performances and to reduce energy consumption. One of the most applicable heating systems is heat exchangers. Study of thermal hydraulic characteristics for laminar fully developed flow through conduits with different cross-sections is significant in the design of heat exchangers. In the present investigation, the thermo-hydraulic behavior of nanofluid through conduits with circular, square and rectangular cross sectional shapes is studied, experimentally. This investigation aims to study the effect of Reynolds number and shape of cross-section on heat transfer and pressure drop of nanofluid flow. The experiments were conducted for TiO2/water nanofluid with three volume fractions 0, 0.2 and 0.5 under laminar flow regime with constant wall temperature. Analyzed data indicate that friction factors of square and rectangular cases are more than that of circular cross section. Also, it is seen that the addition of nano powder with low volume fraction (0-0.5%) to base fluids does not increase the friction factor remarkably at both circular and non-circular cases. The results show that the Nusselt number of flow through the conduit with circular cross-section is higher than that of non-circular cases. Moreover, it is observed that adding nano powder to base fluid improves heat transfer in sharp corners and therefore its effect is more pronounced in non-circular cross sections.