بررسی تجربی عملکرد هیدروترمودینامیکی مبدل حرارتی پوسته- لوله با استفاده از نانوسیال، نوار تابیده با شیار مثلثی و لوله‌های شیاردار

مبدل‌های حرارتی باعث انتقال انرژی گرمایی بین چند سیال با دماهای متفاوت می‌شوند. بیشتر سیال ها ضریب هدایت حرارتی پایینی نسبت به جامدات دارند، لذا افزودن ذرات جامد با ضریب هدایت حرارتی بالا می تواند باعث افزایش ضریب انتقال حرارت جابه‌جایی آنها شود. در این پژوهش به بررسی تاثیر افزودن نانوذرات به سیال پایه (آب دیونیزه)، قراردادن نوارهای مارپیچ با شیار مثلثی و همچنین شیاردارکردن سطح بیرونی لوله‌های مبدل پوسته و لوله، بر میزان ضریب انتقال حرارت، تغییرات ضریب اصطکاک و همچنین تغییرات معیار ارزیابی عملکرد پرداخته شده است. بدین منظور، تاثیر افزودن غلظت‌های0/7 و یک درصد نانوذرات اکسید منیزیم در بهبود میزان ضریب انتقال حرارت بررسی‌ شده و نتایج استفاده همزمان از نانوسیال آب اکسید منیزیم، لوله‌های شیاردار و نوارهای مارپیچ با یکدیگر مقایسه شده است. نتایج نشان می‌دهد اگر حالت (آب دیونیزه بدون استفاده از نانوسیال، لوله‌های شیاردار و نوارهای مارپیچ با شیار مثلثی) به‌عنوان حالت پایه و مبنا در نظر گرفته شود، در هنگام استفاده از نانوسیال آب اکسید منیزیم با غلظت 0/7%، استفاده از لوله‌های شیاردار و استفاده از نوارهای مارپیچ با شیار مثلثی در درون لوله‌های مبدل پوسته و لوله باعث افزایش عملکرد حرارتی به میزان 48، افزایش ضریب اصطکاک تنها به میزان 6/3 و افزایش معیار ارزیابی عملکرد به میزان 46% می‌شود. همچنین در هنگام استفاده از نانوسیال آب اکسید منیزیم با غلظت یک درصد، استفاده همزمان از لوله‌های شیاردار و نوارهای مارپیچ با شیار مثلثی در درون لوله‌های مبدل پوسته و لوله باعث افزایش عملکرد حرارتی به میزان 72، افزایش ضریب اصطکاک تنها به میزان 6/9 و افزایش معیار ارزیابی عملکرد به میزان 70% شده است.

Experimental Investigation of Hydro-Thermodynamics Performance of Shell and Tube Heat Exchanger Using Nanofluid, Triangular-Cut Twisted Tape and Corrugated Pipes

Heat exchangers facilitate the transfer of heat between fluids with different temperatures. Compared with solids, most fluids have lower heat transfer coefficients and as a result, the use of high heat transfer coefficient solid particles as additives can increase the convective heat transfer coefficient of the fluid. In this study, the effect of the addition of nanoparticles to the base fluid (deionized water), application of triangularcut twisted tapes as well as corrugation of shell and tube type heat exchangers pipes, is investigated on heat transfer values, friction coefficient variations as well as variations in performance evaluation criterion. The effects of addition of 0.7 and 1% magnesiumoxide nanoparticles on heat transfer coefficient improvements is investigated and the results of simultaneous application of magnesiumoxide water nanoparticles, corrugated pipes, and twisted tapes are compared. Comparisons against the basic conditions (deionized water without nanofluid, corrugated pipes or triangularcut twisted tapes) indicate a 48% increase in thermal performance, a minuscule increase of 6.3% in friction coefficient and a 46% increase in the performance evaluation criterion as a result of the application of %0.7 magnesiumoxide water nanoparticles, use of corrugated pipes and triangular cut twisted tapes on the inner surface of shell and tube heat exchanger piping. Also, the application of 1% magnesiumoxide water nanofluid, and simultaneous use of corrugated pipes and triangularcut twisted tapes on shell and tube heat exchanger piping inner surface results in a 72% increase in thermal performance, a minuscule increase of 6.9% in friction coefficient and a 70% increase in the performance evaluation criterion.