مطالعه عددی و تحلیل حساسیت در مبادله کن های گرمایی لوله ای دارای حلقه های مخروطی سوراخ دار حامل نانوسیال آب- اکسید آلومینیوم

در این مقاله، رفتار هیدرودینامیکی و انتقال گرمای جریان آشفته نانوسیال در یک مبادله کن مجهز به حلقه های مخروطی سوراخ دار به صورت عددی شبیه سازی شده است. سیال پایه آب و نانوذرات اکسید آلومینیوم (Al2O3) با درصد وزنی صفر تا 5 درصد به عنوان نانوذرات افزایش دهنده انتقال گرما در نظر گرفته شده است. معادلات حاکم با استفاده از روش دینامیک سیالات محاسباتی به کمک نرم افزار انسیس - فلوینت و در محدوده عدد رینولدز 12000-2000 حل شده است. پس از صحت سنجی روش حل عددی با نتایج تجربی موجود، تاثیر پارامترهای هندسی و مشخصات جریان مانند عدد رینولدز، تعداد حلقه های مورد استفاده، تعداد سوراخ های مورد استفاده و کسر حجمی نانوذرات بر مشخصات انتقال گرمای مبادله کن گرمایی مطالعه شده است. همچنین نتایج نشان می دهد با افزایش تعداد حلقه های مخروطی، کاهش تعداد سوراخ های آن و همینطور بیشتر شدن کسر وزنی نانوذرات، عدد ناسلت و ضریب اصطکاک افزایش می یابد. بر اساس نتایج، مشاهده می شود که حلقه مخروطی ارایه شده می تواند عدد ناسلت متوسط را 3/5 برابر نسبت به لوله بدون حلقه افزایش دهد. علاوه بر این، نانوذرات Al2O3 نیز تاثیر مطلوبی بر افزایش انتقال گرما داشته و با افزایش کسر حجمی نانوذرات Al2O3 از صفر درصد تا 5 درصد، عدد ناسلت به ازای یک حلقه مخروطی دارای سه سوراخ بر روی آن در حدود 92 درصد افزایش در عدد ناسلت مشاهده شده است.