تاثير افزودن نانوذرات به جريان جوشش مادون سرد در كانال‌هايي با سطح مقطع متفاوت و با قطر هيدروليكي يكسان

The effects of nanoparticles in the subcooled boiling flow in the channels with different cross-sectional area and same hydraulic diameter

در اين پژوهش، به مدل‌سازي جريان جوشش مادون سرد آب و نانوسيال با سيال پايه آب در كانال‌هايي با سطح مقطع متفاوت با قطر هيدروليكي يكسان پرداخته شده است. در ابتدا جوشش مادون سرد سيال خالص در كانال ها با استفاده از ديدگاه اويلر - اويلر بررسي شد. نتايج حاصل از اين قسمت با داده هاي آزمايشگاهي تطابق بسيار خوبي داشتند. در ادامه تأثير نانوذرات بر جريان جوشش مادون سرد دراين كانال ها مورد مطالعه قرار گرفت. نانوذرات اكسيد مس با قطر 40 نانومتر در ورودي به اين جريان تزريق شد. جوشش نانوسيال با درنظر گرفتن سه فاز مايع، بخار و نانوذرات جامد مدل‌سازي شد. برهم كنش فاز مايع و بخار با استفاده از ديدگاه اويلر- اويلر مورد مطالعه قرار گرفت. براي بررسي حركت نانوذرات در سيال پيوسته از ديدگاه اويلر – لاگرانژ استفاده شد. آب، بخار و نانوذرات به ترتيب سيال پيوسته، سيال پراكنده و جامد پراكنده در نظر گرفته شدند. بعد اعتبارسنجي مدل حاضر، جوشش نانوسيال در كانال‌هاي مختلف مدل سازي شد. تغييرات كسر حجمي و دما به عنوان دو پارامتر مهم در طول كانال‌ها به دست آمد. طبق نتايج به دست آمده مشخص شد، در غلظت‌هاي كم نانوذرات (Kg/s 0.001)كانالي با مقطع مستطيلي داراي بيش‌ترين تغييرات كسر حجمي بخار نسبت به جوشش سيال خالص و در غلظت‌هاي بيش‌تر (0.005 Kg/s)كانالي با مقطع مربعي شكل بيش‌ترين تغييرات را از آن خود كرده‌اند.

cross sections with the same hydraulic diameter is simulated. The subcooled flow boiling of water in the channels is studied by Euler – Euler model. The results of this part matched the experimental data very well. To study the effects of nanoparticles in the subcooled boiling flow, copper oxide nanoparticles 40 nm in diameter were injected to the flow at the inlet. The nanofluid subcooled boiling is simulated by considering three phases, liquid, vapor and nanoparticles. The water and vapor interaction is simulated by Euler-Euler approach; and the motion of nanoparticles in the continuous fluid is modeled by Euler – Lagrange model. Water, vapor and nanoparticles were considered continuous fluid, dispersed fluid and dispersed solid, respectively. After model validation, boiling of nanofluids was modeling in different channels. Volume fraction and temperature variations are obtained along the channels. The results showed that, at low concentrations of nanoparticles (0.001 kg/s) rectangular channels and at higher concentrations (0.005 kg/s) square channels have the greatest changes in vapor volume fraction compared to pure water boiling.