تحليل عددي چگالش قطره‌اي نانو سيال روي يك صفحه شيب‌دار

A numerical analysis of dropwise condensation of nanofluid on an inclined flat plate

در اين مقاله چگالش قطره اي نانو سيال روي يك صفحه مسطح شيب‌دار بررسي شده است. براي اين كار مقاومت حرارتي تك‌تك قطرات محاسبه شده و سپس انتقال حرارت كل با استفاده از روش توازن تعداد استخراج گرديد. نانوسيال‌هاي مورد بررسي در اين مطالعه آلومينا ، اكسيد تيتانيوم و نقره با سيال پايه آب مي‌باشد. اثر تغييرات نوع نانوسيال، كسر حجمي نانو ذره و شيب صفحه بر روي انتقال حرارت در اين تحقيق بررسي شده است. خواص نانو سيال اعم از چگالي، قابليت هدايت حرارتي، ويسكوزيته و گرماي نهان تبخير از منابع و مقالات در دسترس استخراج و در معادلات وارد شدند. نتايج حاصل در شرايط مشابه، با برخي از داده هاي تجربي موجود اعتبار سنجي شده است. از تئوري ناسلت براي محاسبه مقدار انتقال حرارت در چگالش لايه اي استفاده شده و براي مقايسه با انتقال حرارت چگالش قطره اي بكار رفته است. با بررسي نتايج مي‌توان به اين نتيجه رسيد كه ضريب انتقال حرارت در حالت صفحه عمودي بيشترين مقدار و با كاهش شيب صفحه از حالت قائم – به دليل كاهش سرعت زدوده شدن قطره‌ها كاهش مي‌يابد. همچنين حضور ذرات نانو باعث افزايش انتقال حرارت در پديده انتقال حرارت قطره اي مي شود. ضريب انتقال حرارت در نانو سيالات مختلف، متفاوت و درعين‌حال در طول صفحه ثابت است. نتايج نشان مي‌دهد براي سه نانوسيال ذكرشده، نانو سيال آب/ نقره داراي بيشترين انتقال حرارت نسبت به دو نانو سيال ديگر در شرايط يكسان مي‌باشد و براي يك نانو سيال مشخص با افزايش كسر حجمي، ضريب انتقال حرارت افزايش مي‌يابد.

In this paper nanofluids condensation heat transfer on an inclined flat plate is investigated. To do this, thermal resistances of single droplets are calculated and the total heat flux is evaluated using population balanced theory. The nanofluids include alumina, titanium dioxide and silver as nanoparticles and water as a base fluid. Effects of different surface inclinations, nanofluids types, and nanoparticles concentrations are investigated on the heat transfer. Nanofluids properties consisting of thermal conductivity, density, dynamic viscosity, and latent heat are extracted from literature and introduced into the equations. The results are compared with some experimental data in the same conditions. The Nusselt theory is used to compare the heat transfer rate of filmwise condensation with dropwise condensation. Inspecting the results shows that the heat transfer coefficient of a vertical plate is maximum, and falls with a decrease in inclination due to lower washing rate of small droplets by sliding droplets. The results also show that the heat transfer coefficients of various nanofluids are different but they are constant all over the surface. Moreover, addition of nanoparticles to the base fluid increases heat transfer rate. It can be seen that water-silver nanofluid has the maximum heat transfer rate among three previously mentioned nanofluids in the same conditions and the heat transfer rate increases with increase in volume fraction of nanoparticle for a specific nanofluid.