شبیه‌سازی CFD اثر میدان مغناطیسی بر انتقال حرارت اجباری جریان فروسیال داخل لوله

نوع مقاله : مقاله مکانیک

نویسندگان

1 مهندسی شیمی، فنی مهندسی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

2 دانشگاه آزاد اسلامی، واحد کرمانشاه، گروه مهندسی شیمی

3 دانشجو، دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد کرمانشاه

چکیده

امروزه یکی از روش‌های مناسب جهت بهبود انتقال حرارت، استفاده از فروسیالات تحت میدان مغناطیسی است. فروسیال، یک سوسپانسیون پایدار حاوی نانوذرات مغناطیسی و سیال پایه است که دارای ضریب هدایت حرارت بالاتری نسبت به سیال پایه می‌باشد. در این تحقیق، شبیه‌سازی CFD تأثیر میدان مغناطیسی ثابت بر میزان انتقال حرارت در جریان فروسیال آب- Fe3O4 در یک لوله‌ی مدور تحت شار حرارتی ثابت انجام شده است. شبیه‌سازی در دو قسمت، شامل عدم حضور میدان مغناطیسی و در حضور میدان مغناطیسی با اعمال شار حرارتی ثابت بر جداره‌ی لوله انجام شد. نتایج نشان داد که حضور نانوذرات مغناطیسی در آب در حالت عدم اعمال میدان مغناطیسی منجر به افزایش انتقال حرارت میان جداره‌ی لوله و سیال می‌شود. همچنین وجود نانوذرات در سیال پایه باعث افزایش عدد ناسلت در مقایسه با آب خالص می‌گردد. به‌علاوه، اعمال میدان مغناطیسی بر لوله به دلیل ایجاد جریان‌های عرضی در جریان، باعث افزایش خیلی بیشتر میزان انتقال حرارت به فروسیال شده است. در پایان، نتایج شبیه‌سازی CFD با نتایج آزمایشگاهی موجود در یک مرجع، مقایسه و تطابق خوبی مشاهده شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

CFD simulation of the effect of magnetic field on convective heat transfer and ferrofluid flow inside a pipe

نویسندگان [English]

  • Saman Mohammadi 1
  • Neda Azimi 2
  • Mohammad Khazaei 3
1 Department of Chemical Engineering, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran.
2 Chemical Engineering, Kermanshah Branch
3 Department of Chemical Engineering, Kermanshah Branch, Islamic Azad University, Kermanshah, Iran.
چکیده [English]

Today, one of the best methods to improve heat transfer is using ferrofluid under the effect of a magnetic field. Ferrofluid is a stable suspension containing magnetic nanoparticles and a base fluid that nanoparticles has a higher heat conductivity than the base fluid. In this study, CFD simulation of the effect of a constant magnetic field on the heat transfer rate in the water-Fe3O4 ferrofluid flow in a circular tube under constant heat flux was performed. The simulation was performed in two parts, including the absence of the magnetic field and in the presence of the magnetic field by applying a constant heat flux to the pipe wall. The results showed that the presence of magnetic nanoparticles in water in the absence of magnetic field leads to increasing heat transfer between the tube wall and the fluid. In addition, the presence of nanoparticles in the base fluid increases the Nusselt number compared to pure water. Moreover, applying magnetic field on the tube wall greatly increased the rate of heat transfer to the ferrofluid due to the creation of secondary flows. Finally, the CFD simulation results were compared to the experimental results in a reference and well agreement was seen.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nanoparticles
  • Heat transfer
  • Ferrofluid
  • CFD
  • Magnetic Field Ferrofluid