مطالعه عددي انتقال حرارت در فيلم تقطير نانوسيال‌ روي يك صفحه مايل

Numerical study of heat transfer in film condensation of nanofluid on an inclined plate

اين مقاله به بررسي عددي افزايش انتقال حرارت با استفاده از نانوذرات در پديده تقطير سيال روي يك صفحه سرد مايل پرداخته است. براي حل تشابهي معادلات لايه مرزي تقطير روي سطح از روش‌هاي پرتابي و اويلر اصلاح شده، استفاده شده است. اثرات تغيير زاويه سطح، به‌كارگيري نانوسيالهاي مختلف، تغيير در كسرحجمي نانوذرات و عدد ژاكوب بر پروفيل سرعت، دما و عدد نوسلت بررسي شده است. نمودارهاي حاصل در موارد مشابه با تيوري نوسلت و مطالعات تحليلي موجود براي سيال پايه و نانوسيال مقايسه و اعتبارسنجي شده است. نتايج نشان مي دهد كه حضور نانوذرات در فيلم مايع تقطير، انتقال حرارت از آن را افزايش ميدهد. با دور شدن سطح از حالت عمودي، تغييرات دما در عرض لايه مرزي نانوسيال به حالت خطي نزديك شده و در نتيجه انتقال حرارت از آن كاهش مي‌يابد. همچنين مي‌توان دريافت كه عدد نوسلت متوسط تا زاويه سطح 20 درجه، تقريبا ثابت مانده و بعد از آن با شيبي ملايم كاهش مي‌يابد؛ بطوريكه به‌عنوان مثال براي نانوسيال آب-اكسيد تيتانيوم، با افزايش زاويه عمودي سطح تا 60 درجه، گراديان دما در حدود 20 درصد كاهش يافته است. علاوه بر آن، مشاهده شد كه رابطه نسبت عدد نوسلت نانوسيال به آب خالص، برحسب كسرحجمي نانوذرات به‌صورت خطي است كه شيب اين خط براي نانوسيالهاي آب- مس و آب- نقره از ساير نانوسيالهاي مطالعه شده بيشتر است؛ يعني اين دو نانوسيال در افزايش انتقال حرارت موثرتر نشان مي‌دهند. نتايج بدست آمده همچنين اين مطلب را كه تيوري نوسلت در اعداد ژاكوب پايين جواب صحيح مي دهد، تاييد كرد.

In this paper, the heat transfer enhancement by the nanoparticles in the film condensation of nanofluid over a cooled plate is studied numerically. Shooting method and modified-Euler scheme are employed to solve the condensation boundary layer equations. The effect of changes in the plate angle, nanofluid type, volume fraction of nanoparticles and Jacob number, on the velocity and temperature profiles and Nusselt number are investigated. Resulting graphs are compared and validated with the available theoretical results for the base fluid and nanofluid. The results show that the presence of nanoparticles in the liquid film of condensation increases the heat transfer from it. As the plate distances from the vertical position, the temperature change across the boundary layer is close to linear and thus, the heat transfer descends. Also, it can be seen that the average Nusselt number is almost constant up to the angle of 20o, and then reduces in a gradual manner, so that for instance, for water-TiO2nanofluid, by increasing the angle up to 60o, the temperature gradient is reduced by about 20 percent. Furthermore, it is seen that the relationship between the ratio of nanofluid to pure water Nusselt number and the nanoparticles volume fraction is linear, while the slope of the line for water-Cu and water-Ag is higher than other studied nanofluids, i.e., these two nanofluids are more effective in heat transfer enhancement. The obtained results also confirm the fact that the Nusselt theory is only applicable in low Jacob numbers.