به کارگیری و مقایسه عملکرد گرمایی و هیدرودینامیکی نانوسیال‌های گرافن اکسید و آلومینا در مبدل گرمایی صفحه‌ای

هدف از این پژوهش‌ ارزیابی و مقایسه تاثیر دو نوع نانوسیال پایه آب با هندسه متفاوت تشکیل شده از نانوصفحه‌های گرافن اکسید و نانوذره‌های آلومینا بر عملکرد یک مبدل گرمایی صفحه‌ای می‌باشد. بدین منظور نخست نانوسیال‌های با غلظت 0.1 درصد وزنی به کمک یک دستگاه فراصوت دارای میله سنجش و یک همزن مکانیکی پر قدرت تهیه شدند و در ادامه ویژگی‌های ترموفیزیکی آن‌ها شامل ضریب هدایت گرمایی، گرانروی و عدد پرانتل مورد تحلیل و مقایسه قرار گرفت. به منظور آزمایش عملکردی، یک سامانه گرمایی شامل یک مبدل صفحه‌ای لحیمی مجهز به دو عدد پمپ، دو عدد جربان سنج ، چهار عدد دماسنج ، دو عدد فشارسنج، دو عدد مخزن و لوله‌های فولادی عایق شده، بر پا شد. شدت جریان سیال گرم (آب خالص) ثابت و از نانوسیال به عنوان سیال سرد برای خنک کردن سیال گرم در شدت جریان‌های 1.5، 2، 2.5، 3 و l/min 3.5 استفاده شد. عملکرد گرمایی و هیدرودینامیکی از روش ارزیابی نرخ انتقال گرما، عدد ناسلت، ضریب اصطکاک، افت فشار، توان پمپاژ و سرانجام معیار ضریب عملکرد (نسبت انتقال گرمای به دست آمده به توان پمپاژ مصرفی) به دست آمد. در مقابسه با آب، گرما در مبدل و با استفاده از دو نمونه نانوسیال با نرخ بیش تری انتقال یافت به طوری که در بیش ترین حالت (در کم ترین شدت جریان) درصد بهبود انتقال گرما در نانوسیال گرافن اکسید و نانوسیال آلومینا به ترتیب 46 و 18 درصد بود. این مطالعه نشان داد که بیشینه بهبود ضریب عملکرد مبدل نسبت به آب با استفاده از نانوسیال گرافن اکسید و در شدت جریان‌های کم تر از  l/min 2.5 به دست آمد (27 درصد)، در حالی که در شدت جریان‌های بالاتر از l/min 2.5 ضریب عملکرد نانوسیال گرافن اکسید افت محسوسی داشته و از نانوسیال آلومینا و حتی از آب خالص هم کم تر شده بود.

the comparison of thermal and hydrodynamic performance between graphene oxide and alumina nanofluids operated in a plate heat exchanger

the aim of this experimental study is to investigate the thermal and hydrodynamic performance of graphene oxide and alumina nanofluids with two types of nanoparticle shapes in a plate heat exchanger. the nanofluids with a weight fraction of 0.1% were prepared by dispersing nanoparticles in pure water via a probe ultrasonic apparatus and a vigorous mechanical mixer. then, the thermo-physical properties of the nanofluids including thermal conductivity and viscosity were analyzed and compared. for the thermal test, a heating system including a brazed plate exchanger equipped with two pumps, two flowmeters, four thermometers, two storage tanks, and insulated steel tubes was set up. the flow rate of hot fluid (pure water) was fixed and the nanofluid was used as cold fluid to cool the hot fluid at flowrates of 1.5, 2, 2.5, 3, and 3.5 l/min. thermal and hydrodynamic performance was investigated by calculating heat transfer rate, nusselt number, friction coefficient, pressure drop, pumping power, and finally the performance coefficient criterion (the ratio of heat transfer obtained to pumping power consumed). in comparison with water, the highest enhancement in heat transfer was obtained at the lowest flow rate of graphene oxide and alumina nanofluids to the extent of 46% and 18 %, respectively. this study showed that the maximum performance index was related to the graphene oxide nanofluid at flowrates less than 2.5 l/min, while at flowrates higher than 2.5 l/min, the performance index of graphene oxide nanofluid showed a significant drop and was lower than alumina nanofluid.