بررسی عددی جریان و انتقال حرارت فروسیال در مبدل حرارتی دولوله‌ای

در این مقاله، رفتار حرارتی و هیدرودینامیکی نانوسیال مغناطیسی (آب و 4% اکسید آهن) در یک مبدل حرارتی دولوله‌ای مستقیم افقی، تحت میدان مغناطیسی غیریکنواخت متقاطع با شدت‌های متفاوت به صورت عددی بررسی شده است. فروسیال به عنوان سیال گرم درون لوله داخلی و هوا به عنوان سیال سرد در لوله بیرونی درنظر گرفته شده و هر دو سیال در رژیم جریان آرام با جریانی غیر همسو هستند. میدان مغناطیسی ذکر شده توسط سیم حامل جریان الکتریسیته ایجاد می‌شود که به موازات طولی مبدل و در فاصله‌ای مشخص و نزدیک به لوله داخلی (بین دولوله) قرار می‌گیرد. از مدل تکفازی و روش حجم محدود برای حل این مسیله استفاده شده است. اثرات میدان مغناطیسی با نوشتن کدهایی به زبان c++، به معادلات حاکم بر جریان فروسیال در نرم‌افزار انسیس فلوینت 14 اضافه شده است. اعمال میدان مغناطیسی غیریکنواخت متقاطع باعث ایجاد نیروی کلوین در جهت عمود بر جریان فروسیال می‌شود که پروفیل سرعت محوری را تغییر داده و در نهایت با ایجاد یک جفت گردابه، منجر به افزایش عدد ناسلت، ضریب اصطکاک پوسته‌ای و افت فشار فروسیال می‌شود. با مقایسه درصد افزایش عدد ناسلت، ضریب اصطکاک و افت فشار مشخص می‌شود که مقدار بهینه عدد مغناطیس برای در محدوده و قرار دارد. در نتیجه با اعمال میدان مغناطیسی متقاطع غیریکنواخت ناشی از سیم حامل جریان الکتریسیته می‌توان جریان فروسیال را کنترل کرده و فرایند خنک کاری فروسیال در مبدل حرارتی دولوله‌ای را بهبود بخشید.