بررسی آزمایشگاهی و مدل سازی عددی انتقال حرارت نانوسیالات در مبدل های حرارتی فشرده صفحه پره دار
Abstract
در این رساله اثر استفاده از دو روش افزایش انتقال حرارت غیرفعال در مبدل¬های حرارتی فشرده صفحه¬پره¬دار به صورت مطالعه آزمایشگاهی و مدل¬سازی عددی مورد بررسی قرار گرفته است. در بخش مطالعه آزمایشگاهی، یک مجموعه آزمایشگاهی با قابلیت ایجاد شرط مرزی دما ثابت طراحی و ساخته شده است. به عنوان اولین روش افزایش انتقال حرارت غیرفعال، اثر جایگزینی شش کانال صفحه¬ای پیچیده به جای کانال صاف بررسی شده است. در میان کانال¬های مطالعه شده، کانال تولیدکننده گردابه با مقادیر بالائی از ضریب انتقال حرارت جابجائی، دارای بهترین عملکرد بوده و باعث کاهش سطح به میزان 50% در مبدل¬های حرارتی صفحه¬¬پره¬دار می¬شود. به عنوان دومین روش افزایش انتقال حرارت غیرفعال، جریان نانوسیال مس- آب دیونیزه در کانال صاف مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می¬دهد، در حالی که افزایش در غلظت نانوذرات مس باعث افزایش در ضریب انتقال حرارت جابجائی درون این کانال می¬شود، عملکرد هیدرولیکی- حرارتی کانال با افزایش در غلظت نانوذرات کاهش می¬یابد. جریان نانوسیال مس- آب دیونیزه درون کانال¬های صفحه¬ای پیچیده به عنوان یک روش افزایش انتقال حرارت ترکیبی در مبدل¬های حرارتی صفحه¬پره¬دار نیز مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصل از این بررسی بیانگر آن است که، کانال¬های تولیدکننده گردابه و موجدار به ترتیب در دبی¬ها و غلظت¬های بالا و پائین از نانوسیالات بهترین عملکرد را به عنوان هسته مبدل¬های حرارتی صفحه¬پره¬دار دارند. علاوه بر این در بخش آزمایشگاهی این پژوهش، اثر نوع نانوذرات و سیال پایه نیز بر عملکرد یک مبدل حرارتی صفحه¬پره¬دار با کانال¬های موجدار مورد بررسی قرار گرفته است. به این منظور، از شش نوع نانوذرات اکسیدفلزی شامل sio2، tio2، zno، fe2o3، al2o3 و cuo و مخلوط آب دیونیزه- اتیلن¬گلایکول در سه کسر وزنی متفاوت استفاده شده است. براساس نتایج این بخش¬¬، از نانوذرات sio2 می¬توان به عنوان بهترین افزدونی و از مخلوط 50- 50 آب دیونیزه- اتیلن¬گلایکول به عنوان بهترین سیال پایه یاد نمود. در بخش عددی، از روش دینامیک سیالات محاسباتی به منظور مدل¬سازی جریان نانوسیالات مس- آب دیونیزه درون کانال تولیدکننده گردابه به عنوان بهترین کانال صفحه¬ای و به منظور بررسی اثر پارامترهای هندسی موثر در این کانال استفاده شده است. نتایج حاصل از این بخش نشان می¬دهد که، که مدل مخلوط پیش¬بینی بهتری از جریان نانوسیالات در مقایسه با مدل¬های دیگر در نظر گرفته شده دارد. علاوه بر جریان نانوسیالات، جریان چهار سیالات متداول انتقال حرارت شامل هوا، آب، روغن و اتیلن¬گلایکول، درون کانال¬های صفحه¬ای مختلف با پارامترهای هندسی متفاوت بررسی شده است. در این بخش میزان تاثیر این پارامترها بر روی عملکرد مبدل¬¬های حرارتی صفحه¬پره¬دار در زمان استفاده از سیالات کاری مختلف ارائه شده است. همچنین طرح¬های جدیدی به منظور افزایش عملکرد دو کانال آفست¬استریپ و موجدار پیشنهاد شده است.