مطالعه آزمایشگاهی انتقال حرارت و کاهش درگ درلوله افقی توسط پلی نانوسیال آب/پلی اکریل آمید/مس

افزودن نانوذرات به سیالات پایه موجب بهبود عملکرد حرارتی سیال پایه خواهد شد. از طرفی، افزودن مقادیر اندک پلیمر با وزن مولکولی بالا به جریان توربولنت سیال در خطوط لوله می تواند موجب کاهش افت فشار اصطکاکی و نیروی درگ گردد. در این پژوهش مطالعه آزمایشگاهی انتقال حرارت وکاهش درگ در یک لوله افقی گالوانیزه حاوی پلی نانوسیال آب/نانومس و پلی اکریل آمید انجام شده است. از نانوذرات مس با قطر تقریبی 40 نانومتر به عنوان عامل افزاینده انتقال حرارت و پلی اکریل آمید به عنوان عامل کاهنده درگ استفاده شده است. غلظت های مورد مطالعه در این پژوهش ppm50-10 پلیمر pam و 1-0.1 درصد وزنی نانومس می باشد. از آنالیز ftir جهت بررسی احتمالی تشکیل پیوندهای شیمیایی جدید بین مولکول های پلیمر و نانوذرات استفاده شده است. ابتدا خواص ترموفیزیکی و رئولوژیکی پلی نانوسیالات مورد نظر اندازه گیری شده، سپس پدیده کاهش درگ و انتقال حرارت برای آب، محلول پلیمری پلی اکریل آمید/آب، نانوسیال آب/نانومس و پلی نانوسیال آب/پلی اکریل آمید/نانومس بررسی شده است. دمای میانگین توده سیال ورودی در تمام آزمایش ها حدود 30 درجه سلسیوس بوده و شار حرارتی ثابت به میزان 900 وات به دیواره خارجی لوله اعمال شده است. نتایج بدست آمده نشان داد پلی نانوسیالات مورد بررسی در تمامی غلظت های مورد مطالعه از پلیمر و نانوسیالات دارای رفتار نیوتنی بوده اند. ویسکوزیته، چگالی و هدایت گرمایی با افزایش غلظت نانوذرات مس افزایش یافت  افزایش عدد رینولدز موجب افزایش درصد بهبود سرعت  انتقال حرارت و کاهش درصد درگ شد. بیشترین درصد کاهش درگ در پلی نانوسیالات حاوی ppm50 پلی اکریل آمید و 1 درصد وزنی نانومس در عدد رینولدز 29064 با %59.5 کاهش درگ و %27.2 بهبود انتقال حرارت مشاهده گردید. حداکثر بهبود سرعت انتقال حرارت در پلی نانوسیال حاوی ppm10 پلیمر و 1 درصد وزنی نانومس با 27.7 بهبود انتقال حرارت و %38.2 کاهش درگ اتفاق افتاد.

experimental study of heat transfer and drag reduction in horizontal pipe using water/polyacrylamide/copper polynanofluid

adding nanoparticles to the base fluid will improve the thermal performance of the base fluid. on the other hand, adding small amounts of high molecular weight polymer to the turbulent fluid flow in pipelines can reduce the frictional pressure drop and drag force. in this research, a laboratory study of heat transfer and drag reduction in horizontal pipelines containing water/nanocopper/polyacrylamide polynanofluid has been carried out. copper nanoparticles with an approximate diameter of 40 nm have been used as a heat transfer enhancing agent and polyacrylamide as a drag reducing agent. the studied concentrations in this research are 10-50 ppm of polymer and 0.1-1 wt% of nano copper. ftir analysis has been used to investigate the formation of new chemical bonds. the thermophysical properties and rheological behavior of polynanofluid have been measured, then the phenomenon of drag reduction and heat transfer for water, polyacrylamide/water polymer solution, water/nanocopper nanofluid and water/polyacrylamide/nanocopper polynanofluid have been investigated. the average temperature of the fluid in all tests was 30 °c and a constant heat flux of 900 watts was applied to the outer wall of the tube. viscosity, density and thermal conductivity increased with increasing concentration of nanoparticles. the behavior of poly-nanofluid in the studied concentrations was newtonian with a very good approximation. increasing the reynolds number increased the percentage of heat transfer improvement and decreased the percentage of drag reduction. the highest drag reduction percentage was observed in poly-nanofluid containing 50 ppm polymer and 1 wt% of nanocopper at re=29064 with 59.5% drag reduction and 27.7% improvement in heat transfer rate. the uppermost percentage of heat transfer improvement occurred in poly-nanofluid containing 10 ppm of polymer and 1wt% of nanocopper with 27.7% enhancement in heat transfer rate and 38.2% drag reduction.