شبیه سازی عددی انتقال حرارت جابه جایی در جریان مغشوش غیرنیوتنی نانوسیال در یک لوله افقی مدور

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

دانشگاه آزاد اسلامی واحد خمینی شهر، خمینی شهر، اصفهان

چکیده

در این مقاله، انتقال حرارت جابه جایی در جریان مغشوش یک نانوسیال غیرنیوتنی درون لوله ای افقی و مدور با استفاده از روش دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) و حل عددی معادلات بقای جرم، بقای ممنتوم و بقای انرژی بررسی می شوند. برای این منظور از نانوسیالی غیرنیوتنی متشکل از سیال غیرنیوتنی محلول نیم درصد وزنی کربوکسی متیل سلولز (CMC) در آب و نانوذرات Al2O3 استفاده شده است. در این تحقیق اندازه متوسط نانوذرات در محلول 25 نانومتر بوده و تحلیل برای دو کسر حجمی مختلف 5/0 و 5/1 درصد انجام شده است. اثر استفاده از نانوذرات بر ضریب انتقال حرارت جابه جایی موضعی نانوسیال غیرنیوتنی در جریان مغشوش و در رینولدزهای متفاوت بررسی شده است. همچنین تأثیر کسر حجمی های مختلف نانوذرات بر این ضریب و عد ناسلت مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهند که میزان ضریب انتقال حرارت جابه جایی موضعی و ناسلت موضعی در نانوسیال غیرنیوتنی بیش از سیال غیرنیوتنی پایه است. همچنین این ضریب با افزایش غلظت نانوذرات و عدد رینولدز افزایش می یابد. تطابق خوبی بین این نتایج و نتایج تحقیقات آزمایشگاهی مشاهده شد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical simulation of convective heat transfer in a turbulant non-Newtonian nanofluid flow through a horizontal circular tube

نویسندگان [English]

  • mohammad sharifi Asl
  • davood toghraie
  • AhmadReza Azimian
چکیده [English]

In this paper, a numerical study on the convective heat transfer characteristics in a non-Newtonian nanofluid flow in the horizontal tube with constant heat flux is carried out using computational fluid dynamics (CFD). The primary objective is to evaluate the effect of using nanoparticles on convective heat transfer coefficient. For this purpose, non-Newtonian nanofluid containing Al2O3 and 0.5 wt.%. Aqueous solution of carboxymethyl cellulose (CMC) as a liquid single phase with two particle concentrations of 0.5 and 1.5 vol. % were used. Effect of particle concentrations on convective heat transfer coefficient was investigated in different Reynolds numbers (4500

کلیدواژه‌ها [English]

  • Keywords: Nanofluid
  • Non-newtonian
  • convective heat transfer
  • Turbulant
  • Nusselt
  • Reynolds
 

[1] Maxwell, J. C., (1873), "A Treatise on Electricity and Magnetism", Clarendon Press, Oxford.

[2] Maxwell, J.C., (1881)"A Treatise on Electricity and Magnetism", Oxford University Press.

[3] Anoop, K., Sundararajan, T., and Das, S. K., (2009), "Effect of Particle Size on the Convective Heat Transfer in Nanofluid in the Developing Region", International Journal of Heat and Mass Transfer, 52(9-10), pp. 2189-2195.

[4] Kim, D., Kwon, Y., Cho, Y., Li, C., Cheong, S., Hwang, Y., Lee, J., Hong, D., and Moon, S., (2009), "Convective Heat Transfer Characteristics of Nanofluids under Laminar and Turbulent Flow Conditions", Current Applied Physics, 9(2, Supplement 1), pp. 119-123.

[5] Wen, D., and Ding, Y., (2004), "Experimental Investigation into Convective Heat Transfer of Nanofluids at the Entrance Region under Laminar Flow Conditions", International Journal of Heat and Mass Transfer, 47(24), pp. 5181-5188.

[6] Hojjat, M., Etemad, S.GH., Bagheri, R.,Thibault, J., (2011), "Turbulent forced convection heat transfer of non-Newtonian nanofluids", Experimental Thermal and Fluid Science, vol. 35, pp. 1351-1356.

[7] Bianco, V., Manca, O., Nardini, S., (2011), "Numerical investigation on nanofluids turbulent convection heat transfer inside a circular tube", International Journal of Thermal Sciences, vol. 50, pp. 341-349.

[8] Moraveji, M.K., Esmaeili, E., (2012), "Comparison between single-phase and two-phases CFD modeling of laminar forced convection flow of nanofluids in a circular tube under constant heat flux", International Communications in Heat and Mass Transfer, vol. 39, pp. 1297–1302.

[9] Moraveji, M.K., Haddad, S.M.H., Darabi, M., (2012), "Modeling of forced convective heat transfer of a non-Newtonian nanofluid in the horizontal tube under constant heat flux with computational fluid dynamics", International Communications in Heat and Mass Transfer, vol. 39, pp. 995-999.

[10] Pak, B.C. and Cho, Y.I., (1998), "Hydrodynamic and Heat Transfer Study of Dispersed Fluids with Submicron Metallic Oxide Particles", Exp. Heat Transfer, 11(2), pp. 151-170.

[11] Chon, C. H., Kihm, K. D., Lee, S. P., and Choi, S. U. S., (2005), "Empirical Correlation Finding the Role of Temperature and Particle Size for Nanofluid (Al2O3) Thermal Conductivity Enhancement", Applied Physics Letters, 87(15).

[12] Hojjat, M., Etemad, S. Gh., Thibault, J., (2011), "Rheological characteristics of non- Newtonian nanofluids: Experimental investigation", International Communications in Heat and Mass Transfer, 38, pp. 144–148.

[13] Etemad, S. GH., Mujumdar, A.S., Huang, B., (1994), "Viscous dissipation effects in entrance region Heat transfer for a power law fluid flowing between parallel plates", International Journal of Heat and Fluid Flow, 15, pp. 122.

 [14] Incropera, F.P., DEWitt, D.P., (1996), "Fundamentals of Heat and Mass Transfer", fourth ed., John Wiley & Sons, New York.

 [15] Ozerinc, S., Kakac, S., and Yazicioglu, A. G., (2010), "Enhanced Thermal Conductivity of Nanofluids: A State-of-the-Art Review", Microfluid. Nanofluid, 8(2), pp. 145-170.

[16] Hamilton, R. L., and Crosser, O. K., (1962), "Thermal Conductivity of Heterogeneous Two-Component Systems", Industrial and Engineering Chemistry Fundamentals, 1(3), pp. 187-191.

 [17] Bhattacharya, P., Saha, S. K., Yadav, A., Phelan, P. E., and Prasher, R. S., (2004), "Brownian Dynamics Simulation to Determine the Effective Thermal Conductivity of Nanofluids", Journal of Applied Physics, 95(11), pp. 6492-6494.

[18] Evans, W., Fish, J., and Keblinski, P., (2006), "Role of Brownian Motion Hydrodynamics on Nanofluid Thermal Conductivity", Applied Physics Letters, 88(9), 093116-3.

 [19] Bianco, V., Chiacchio, F., Manca, O., and Nardini, S., (2009), "Numerical Investigation of Nanofluids Forced Convection in Circular Tubes", Applied Thermal Engineering, 29(17-18), pp. 3632-3642.