تحلیل عددی جریان و انتقال‌حرارت نانوسیال در یک مبدل حرارتی با آرایش‌های مختلف پره‌های آشفته ساز

تاثیر استفاده از پره‌های زاویه‌دار در یک مبدل حرارتی دایره‌ای شکل با استفاده از انواع مختلف نانوسیال، به صورت عددی مورد مطالعه قرار گرفته است. معادلات پیوستگی، مومنتوم و انرژی با استفاده از روش حجم محدود حل شده است. دیواره لوله با شرایط مرزی شار حرارتی یکنواخت حرارت داده می‌شود. در این مطالعه از دو چیدمان مختلف جهت قراردادن پره زاویه‌دار (رو به جلو و رو به عقب) و عدد رینولدز در محدوده 10000 تا 30000 استفاده شده است. اثرات مختلف زوایای شیب و گام‌های آشفته ساز آجدار برای سه نوع نانوذره مختلف al2o3 ،cuo  و  zno با کسرهای حجمی مختلف در بازه 1 تا 4 درصد و قطرهای مختلف نانوذره در محدوده 20 تا 50 نانومتر که در یک سیال پایه (آب) مخلوط شده اند، استفاده شده است. نتایج حل عددی نشان می دهد که چیدمان آشفته ساز آجدار رو به جلو با تعداد 4 پره و تحت زاویه شیب 90 درجه می تواند انتقال حرارت را تقریباً با 77 درصد در پایین ترین زاویه شیب (10 درجه) و  بیشترین گام (50 میلیمتر) بهبود بخشد. حداکثر ضریب اصطکاک، حدودا 5.7 برابر لوله صاف است و مقدار معیار ارزیابی عملکرد در بازه 1.34 تا 1.57 قرار دارد. همچنین مشخص گردیده است که نانوسیال al2o3 بیشترین مقدار عدد ناسلت را دارا می باشد و پس از آن zno و cuo قرار دارند در حالیکه آب خالص کمترین عدد ناسلت را دارد. همچنین عدد ناسلت با کاهش قطر نانوذره و افزایش کسر حجمی نانوذرات افزایش می یابد، در حالیکه در قطرهای مختلف نانو ذرات al2o3، ضریب اصطکاک تاثیر چندانی نمی گذارد.

numerical analysis of nanofluid flow and heat transfer in a heat exchanger with different arrangements of turbulator inserts

in this experimental study, the effect of using a heat exchanger with louvered strip inserts louvered strip inserts on flow and heat transfer utilizing various types of nanofluids is studied numerically. the continuity, momentum and energy equations are solved by means of a finite volume method (fvm). the top and the bottom walls of the pipe are heated with a uniform heat flux boundary condition. two different louvered strip insert arrangements (forward and backward) are used in this study with a reynolds number range of 10,000, 15,000, 20,000, 25,000, 30,000. the effects of various louvered strip slant angles and pitches are also investigated. three different types of nanoparticles, al2o3, cuo and zno with different volume fractions in the range of 1% to 4% and different nanoparticle diameters in the range of 20 nm to 50 nm, dispersed in a base fluid (water) are used. the numerical results indicate that the forward louvered strip arrangement can promote the heat transfer by approximately 77 % at the lowest slant angle of α=10° and largest pitch of s=50 mm. the maximal skin friction coefficient of the enhanced tube is around 5.7 times than that of the smooth tube and the value of performance evaluation criterion (pec) lies in the range of 1.34–1.57. it is found that al2o3 nanofluid has the highest nusselt number value, followed by zno, and cuo while pure water has the lowest nusselt number. the results show that the nusselt number increases with decreasing the nanoparticle diameter and it increases slightly with increasing the volume fraction of nanoparticles. the results reveal that there is a slight change in the skin friction coefficient when nanoparticle diameters of al2o3 nanofluid are varied.