بررسی عددی جوشش جریانی نانوسیال در لوله‌ی افقی

با توجه به ضریب انتقال حرارت بالای جریان‌های جوششی نسبت به جریان تک‌فاز، پدیده‌ی جوشش مورد توجه بسیاری از محققان قرار دارد. از طرفی اثر اضافه‌کردن نانوذرات به سیال پایه‌ی در حال جوشش یکی از موارد مورد بحث اخیر می‌باشد. با وجود آن که جوشش جریانی نانوسیال‌ها موضوع مطالعات تجربی و عددی متعددی بوده است، مطالعات کمی در رابطه با جوشش جریانی نانوسیال در لوله‌ی افقی وجود دارد. در این مطالعه، تاثیر افزودن نانوذرات اکسید آلومینیوم (al2o3) در غلظت‌های 1، 1/5 و 2 درصد، به آب خالص در جوشش جریانی داخل یک لوله‌ی افقی، تحت شار یکنواخت و در دبی جرمی پایین به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است. شبیه‌سازی عددی با استفاده از نرم‌افزار انسیس فلوئنت 18 انجام شد و برای شبیه‌سازی جریان جوششی از مدل اویلرین و مدل جوشش دیواره‌ی rpi غیر تعادلی استفاده شد و حل عددی برای جوشش جریانی آب خالص و جوشش جریانی نانوسیال اکسید آلومینیوم با استفاده از نتایج موجود در مقالات اعتبارسنجی شد. نتایج نشان می‌دهد که با افزایش کسر حجمی نانوذرات، کسر حجمی بخار در طول لوله تا 8/65 و دمای میانگین دیواره تا 0/63 درصد نسبت به آب خالص افزایش یافته است و از طرف دیگر، عدد ناسلت در طول لوله تا 17/33 درصد نسبت به آب خالص کاهش یافته است.

numerical investigation of nanofluid flow boiling in a horizontal tube

considering the higher heat transfer coefficient of boiling flows compared to single-phase flow, many researchers have shown an interest in boiling phenomenon. in addition, the effect of adding nanoparticles to a boiling base fluid has been a subject of recent discussions. nanofluid flow boiling has been the subject of several experimental and numerical researches but only a few of them studied the nanofluid flow boiling in a horizontal tube. in this study, the effect of adding alumina (al2o3) nanoparticles to pure water on a boiling flow in a horizontal tube under a uniform heat flux at volume fractions of 1, 1.5 and 2 percent have been investigated numerically. the numerical simulation has been done using the ansys fluent 18 software and for the simulation of boiling flow, the eulerian model and non-equilibrium rpi model have been used and the numerical simulation has been validated for flow boiling of water and alumina with the data available from the literature. the results showed that by increasing the volume fraction of nanoparticles, vapor volume fraction along the tube as well as wall temperature have been increased up to 8.65% and 0.63%, respectively, compared to pure water; on the other hand, the nusselt number along the tube experienced a decrease up to 17.33%.