بررسی عددی جریان در مبدل حرارتی دو لوله هم‌مرکز با هندسه‌های مربعی و دایروی

از مبدل‌های گرمایی در صنایع مختلف از جمله نیروگاه‌ها، سلول های خورشیدی، پالایشگاه‌ها و خودرو به صورت گسترده استفاده می‌شود. یکی از ساده‌ترین نوع مبدل‌هایی که در صنعت استفاده می‌شود، مبدل حرارتی دو لوله‌ای است. در تحقیق حاضر جریان نانوسیال در دو ساختار متفاوت از مبدل حرارتی دو لوله، بصورت لوله داخلی دایروی و لوله بیرونی مربعی (cs) و دیگری لوله داخلی مربعی و لوله بیرونی دایروی (sc) با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی بررسی شده است. نتایج نشان داد که با افزایش عدد رینولدز، به خصوص در رژیم جریان آشفته عدد ناسلت در جریان نانوسیال نسبت به سیال آب بیشتر افزایش یافته است. بطوریکه برای جریان نانوسیال اکسید آلومینیوم با هندسه sc،  با عدد رینولدز 500، عدد ناسلت نزدیک به 5% بیشتر از سیال آب افزایش می یابد و برای جریان با عدد رینولدز 20000 این افزایش عدد ناسلت نزدیک به 20% بیشتر است و برای جریان نانوسیال اکسید آلومینیوم با هندسه cs با عدد رینولدز 500، عدد ناسلت نزدیک 5% بیشتر از سیال پایه افزایش می‌یابد، در حالی که برای جریان با عدد رینولدز 20000 این افزایش عدد ناسلت نزدیک به 14% بیشتر است. برای بررسی تاثیر نوع نانوذره بر انتقال حرارت و افت فشار جریان، سه نانو ذره در نظر گرفته شد. نتایج نشان داد استفاده از نانوذرات تاثیر اندکی بر ضریب اصطکاک دارد در حالی که انتقال حرارت به شدت افزایش می یابد.

numerical simulation of nanofluid flow in concentric double pipes heat exchanger with circular and square pipes

heat exchangers are widely used in various industries, including power plants, solar cells, refineries, and automobiles. one of the simplest types of heat exchangers used in the industry is the double-pipe heat exchanger. in the present study, nanofluid flow in a double-pipe heat exchanger, with a square inner pipe and a circular outer pipe (sc), is simulated and investigated using computational fluid dynamics under constant heat flux and within the range of laminar and turbulent flow regimes. to verify the accuracy of the numerical study in both laminar and turbulent flows, the numerical calculation results for water flow with forced convection were compared with reference results. the results showed that with an increase in the reynolds number, particularly in the turbulent flow regime, the nusselt number in nanofluid flow increased more than in water flow. for instance, for aluminum oxide nanofluid flow with a reynolds number of 500, the nusselt number increases by nearly 5% more than water flow, and for a reynolds number of 20000, this nusselt number increase is close to 20% more. to investigate the impact of nanoparticle type on heat transfer and pressure drop, three types of nanoparticles were considered. the results indicated that the use of nanoparticles had a slight effect on the friction coefficient while significantly enhancing heat transfer.