بررسی عددی تاثیر آشوبگرهای مخروطی شکل ناقص بر بهبود انتقال حرارت مبدل‌های حرارتی لوله‌ای با نانوسیال آب/اکسید زیرکونیوم

با توجه به اهمیت بهبود انتقال حرارت در مبدل‌های حرارتی، تاثیر استفاده همزمان از آشوبگرها و همچنین نانوذرات اکسید زیرکونیوم بر انتقال حرارت مبدل حرارتی لوله‌ای به صورت عددی مورد مطالعه قرار می‌گیرد. بدین منظور، در ابتدا یک نوع جدید آشوبگر مخروطی شکل ناقص دارای دو ردیف موازی سوراخ‌ بر روی آن ارائه شده است. سپس، با استفاده از روش دینامیک سیالات محاسباتی معادلات انتقال حرارت در محدوده اعداد رینولدز 4000 تا 24000 و همچنین میزان نانوذرات اکسید زیرکونیوم از 0.01% تا 0.2% حل شده است. به منظور افزایش دقت مدل‌سازی، نانوسیال به صورت دوفازی شبیه‌سازی شده است. اثر پارامترهایی نظیر تعداد آشوبگرها، تعداد سوراخ‌های آن و کسرحجمی نانوذرات و بر روی میدان جریان، عدد ناسلت میانگین، فاکتور اصطکاک و ضریب عملکرد حرارتی بررسی شده است. نتایج نشان می‌دهد که استفاده از آشوبگرهای سوراخ‌دار در مسیر جریان منجر به تغییرات قابل ملاحظه‌ای در مشخصه‌ها‌ی جریان و انتقال حرارت می‌شود. آشوبگرهای مخروطی سوراخ‌دار با ایجاد جریان‌های گردشی‌مجدد و جدایشی در حضور نانوسیال باعث بهبود انتقال حرارت در نتیجه برهم زدن لایه مرزی حرارتی و ایجاد ختلال بیشتر در جریان سیال در طول مبدل حرارتی لوله‌ای می‌شود. آشوبگرهای ارائه شده در این تحقیق در  صورت تعیین مناسب پارامترها می‌تواند عملکرد حرارتی را تا 76 درصد نسبت به لوله صاف افزایش دهند. حداکثر ضریب عملکرد حرارتی برابر 1.76 در حالت m=1، n=1 و re=4000 به دست آمده است. 

numerical investigation of the effect of incomplete cone-shaped agitators on improving the heat transfer of tubular heat exchangers with water/zirconium oxide nanofluid

considering the importance of improving heat transfer in heat exchangers, the effect of simultaneous use of agitators and also zirconium oxide nanoparticles on the heat transfer of tubular heat exchanger is studied numerically. for this purpose, at first, a new type of incomplete conical agitator with two parallel rows of holes is presented. then, using the computational fluid dynamics method, heat transfer equations have been solved in the range of reynolds numbers 4000 to 24000 and also the amount of zirconium oxide nanoparticles from 0.01% to 0.2%. in order to increase the modeling accuracy, the nanofluid has been simulated in a two-phase form. the effect of parameters such as the number of agitators, the number of holes and the volume fraction of nanoparticles on the flow field, the average nusselt number, the friction factor and the thermal performance coefficient have been investigated. the results show that the use of perforated agitators in the flow path leads to significant changes in the flow characteristics and heat transfer. perforated conical agitators improve heat transfer by creating recirculation and separation currents in the presence of nanofluid as a result of disrupting the thermal boundary layer and causing more disturbance in the fluid flow during the tubular heat exchanger. the agitators presented in this research can increase the thermal performance by 76% compared to the smooth pipe if the parameters are determined properly. the maximum coefficient of thermal performance is 1.76 in the case of m=1, n=1 and re=4000.