فهرست مطالب

Heat and Mass Transfer Research - Volume:8 Issue: 2, Summer-Autumn 2021

Journal of Heat and Mass Transfer Research
Volume:8 Issue: 2, Summer-Autumn 2021

  • تاریخ انتشار: 1400/10/20
  • تعداد عناوین: 12
|
  • صفحات 151-162

    در این مطالعه میدان جریان و دما درون آجرهای سورخدار با هندسه های شناخته شده برای بررسی رفتار حرارتی گذرا در هر دو ناحیه ی جامد و سیال شبیه سازی شده است. برای دستیابی به این هدف، مجموعه ای از معادلات مربوطه بصورت همزمان برای یک گاز با قابلیت جذب، صدور و پخش همگن و ناحیه جامد حل شده است. برای گسسته سازی معادلات از روش حجم محدود استفاده شده و برای محاسبه معادله انتقال تشعشع روش جهات مجزا بکار برده شده است. همچنین، برای تمایز بین ناحیه جامد و سیال در دامنه ی محاسباتی از روش ناحیه مسدود شده استفاده شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که نرخ انتقال حرارت در هندسه هایی حفره های با مستطیلی عمودی با ضریب صدور دیواره که به سمت صفر حرکت می کند به حداقل رسیده است. همچنین،زمان مورد نیاز برای رسیدن به شرایط پایا به صورت تابعی افزایشی از شار حرارتی کلی است.

  • صفحات 163-171

    مبدل های لوله ای پره دار جزء مبدل های فشرده هستند که از ویژگی های بارز آنها می توان به سطح تبادل حرارتی بالا و اشغال فضای کم اشاره کرد. این مبدل ها معمولا برای تبادل حرارت بین دو سیال گاز و مایع مورد استفاده قرار می گیرند. در این پژوهش در یک مبدل لوله ای پره دار ضریب انتقال حرارت و ضریب افت فشار برای پره های دایره ای و دندانه ای با آرایش مثلثی به روش عددی محاسبه و با نتایج تجربی موجود مقایسه شده اند. مطالعه عددی به صورت سه بعدی انجام شده و مدل ناویر استوکس میانگین -گیری شده رینولدز (k-ε) برای مدل سازی آشفتگی در آن به کار رفته است. در مطالعه حاضر به بررسی پارامتر های موثر انتقال حرارت در جریان آشفته پرداخته شده و در محدوده رینولدز 6000 تا 25000، عملکرد چهار نوع هندسه پره های دندانه دار ، نیمه دندانه دار ، دایره ای و نیم دایره ای با یکدیگر مقایسه شده اند. مشاهده شد که پره دایره ای بیشترین میزان انتقال حرارت، پره دندانه ای بیشترین مقدار کاهش دمای گاز عبوری، پره نیم دایره ای دارای بیشترین مقدار ضریب تقویت حرارتی (TEF)و پره نیم دندانه ای بیشترین میزان ضریب انتقال حرارت را دارا هستند. نتایج پژوهش حاضر می تواند در انتخاب پره بهینه در یک مبدل حرارتی از جنبه های کاربردی و اقتصادی مفید واقع گردد.

  • صفحات 173-186

    هدف مطالعه حاضر، بررسی و تحلیل اثر نوسانی کردن جت ورودی بر روی جریان و انتقال حررات جت برخوردی دایره ای بر سطح مقعر است. به این ترتیب، شار حرارت W/m2 2000 بر روی سطح با شعاع 120 میلی متر اعمال شده است. جت نوسانی برای محدوده فرکانس 1-100 هرتز توسط دستگاه تولید جریان نوسانی ایجاد شده است. توزیع عدد نوسلت و میدان جریان برای فاصله بدون بعد نازل تا سطح مقعر، 2 تا 5 و عدد رینولدز از 7000 تا 13000 بررسی شده است. مقایسه داده های تجربی با شبیه سازی عددی نشان می-دهد که مدل آشفتگی k-ε RNG به طور مناسب قادر به پیش بینی عدد نوسلت در امتداد سطح مقعر می باشد. نتایج تحقیق حاضر نشان می دهد که، جت نوسانی روی سطح مقعر در مقایسه با سطح تخت موثرتر است. همچنین در مقایسه با جت ثابت، نوسانی کردن جت ورودی با فرکانس پایین باعث کاهش Nu می شود. علاوه بر این ، در هر Re و H / d، یک عدد آستانه استروهال یافت می شود که برای مقادیر بیشتر از آن، مقدار عدد Nu جت نوسانی بیشتر از جت ثابت است. نتایج نشان می دهد، برای فاصله های کم نازل تا سطح برخورد، Nu نقطه سکون در فرکانس های کم و زیاد به ترتیب با Sr0.05 و Sr 0.15 متناسب است. در Re = 10000 ، نوسانی کردن جت ورودی با f = 100Hz در مقایسه با جت ثابت، باعث افزایش متوسط زمانی و مکانی عدد ناسلت به اندازه % 22 و %20 در H/d های 2 و 5 می گردد.

  • صفحات 187-203

    در کار حاضر انتقال حرارت سیال غیر نیوتنی درون محفظه دو بعدی با نسبت ابعاد متغیر در حضور میدان مغناطیسی و با وجود جذب تولید حرارت یکنواخت به روش شبکه بولتزمن مورد بررسی قرار گرفت. میدان مغناطیسی به دو صورت یکنواخت و پریودیک عمود بر گرانش به محفظه اعمال می شود. دیواره عمودی محفظه و دیواره های منحنی به ترتیب در دمای ثابت گرم و سرد قرار دارند. کار حاضربا نتایج مطالعات قبلی و معتبر اعتبار سنجی شد و از دقت نتایج به دست آمده اطمینان حاصل شد. اثر عدد هارتمن، شاخص توانی سیال غیر نیوتنی، ضریب جذب تولید حرارت، نسبت ابعاد محفظه و نوع اعمال میدان مغناطیسی بر مشخصات جریان و ویژگی های انتقال حرارت بررسی شد. نتایج نشان می دهد با افزایش شاخص توانی، عدد هارتمن و ضریب جذب تولید حرارت عدد ناسلت متوسط کاهش می یابد. با افزایش ضریب جذب تولید حرارت، نسبت ابعاد و کاهش شاخص توانی اثر میدان مغناطیسی بیشتر می شود. اعمال میدان مغناطیسی به صورت پریودیک در مقایسه با حالت یکنواخت منجر به افزایش عدد ناسلت متوسط و قدرت جریان می شود که این اثر برای سیال نازک شونده بیشترین و برای سیال ضخیم شونده ناچیز است. افزایش همزمان عدد هارتمن و ضریب جذب/تولید حرارت، عدد ناسلت متوسط کمتری را در پی دارد. این مطالعه می تواند در طراحی بهینه تجهیزات انتقال حرارت که در فضاهای ناخواسته قرار گرفته اند از جمله خنک سازی تجهیزات الکترونیکی، مفید باشد.

  • صفحات 205-223

    ما امکان تقویت عملکرد یک کپسول افقی که به صورت همدما گرما داده شده است و توسط ماده تغییر فاز (PCM) پر شده است را به عنوان سیستم ذخیره انرژی حرارتی (TES) بررسی می کنیم. انتقال حرارت مزدوج در دیواره وجود دارد. ذوب محدودشده به سمت داخل آب/یخ (Pr=6.2) در عدد رایلی Ra=105 در این سیستم باید بهبود یابد زیرا هدایت حرارتی ماده تغییر فاز پایه کم است. عملکرد حرارتی ماده تغییر فاز ممکن است با افزودن نانوذرات (MgO) و نانوذرات ترکیبی Ag/MgO و با استفاده از کپسول های چند لوبی تحت تاثیر قرار بگیرد. روش شبکه بولتزمن صریح تکراری (LBM) برای بررسی اثرات بارگذاری نانوذرات، نسبت ابعاد (AR) و محیط سطح مقطع بر زمان کامل ذوب به کار برده می شود. استفاده از کپسول 2 لوبی دارای بالاترین AR و محیط سطح مقطع افزایش یافته، زمان ذوب کامل را تا 37 درصد نسبت به ذوب PCM خالص در یک لوله استوانه ای کاهش می دهد. استفاده از نانوذرات MgO با بارگذاری کمتر (0.01) در کپسول 2 لوبی، زمان ذوب کامل PCM خالص را تا 55 درصد کاهش می دهد. وقتی قیمت نانوذرات و ظرفیت سیستم TES را در نظر بگیریم، این بهترین مورد مبتنی بر نانوسیال است. مخلوط PCM و نانوذرات ترکیبی با نسبت وزنی (50:50) توصیه نمی شوند زیرا افزایش ویسکوزیته PCM بیشتر از هدایت پذیری حرارتی PCM است. برای کاهش مقاومت هدایتی حرارتی در بخش پایینی کپسول استوانه ای افقی، پیشنهاد می شود از کپسول چند لوبی برای ذوب PCM خالص به جای نانوذرات گران قیمت تنها استفاده شود.

  • صفحات 267-281
    استفاده از نانوذرات می تواند میزان انتقال جرم در سیستم های جداسازی مایع -مایع را افزایش دهد. افزایش غلظت نانوذرات در مایعات سبب از هم گسیختگی نانوذرات گردیده و در نتیجه استفاده از این سیستم های جداسازی را محدود می سازد. در این مقاله تاثیر اضافه نمودن سورفکتانت و نانو ذرات بر ضریب جداسازی در سیستم های جداسازی مایع - مایع بررسی گردید. تاثیر غلظت سورفکتانت نیز بر ضریب جداسازی به طور جداگانه با حضور و بدون حضور نانوذرات بررسی گردید. در این تحقیق هم چنین تاثیر شدت جریان فاز مداوم و پخش شده و شدت ضربه روی مشخصه های هیدرو دینامیکی سیستم با استفاده هم زمان از نانو ذرات سیلیکا و سورفکتانت SDS در یک ستون پرشده عمودی برای اولین بار مورد بررسی قرار گرفت. این مقاله با استفاده از سیستم هیدرودینامیکی و با حضور نانو ذرات و سورفکتانت، شرایط بهینه ای را برای دستیابی به بالاترین راندمان با حداقل افزودنی ها و شدت ضربه فراهم می کند. از آنالیز ANOVA (طراحی آزمایش سه سطحی Box-Behnken) جهت بررسی اثر پارامترها و تحلیل حساسیت استفاده گردید. نتایج نشان داد که شدت ضربه مهمترین پارامتر موثر بر پاسخ می باشد. با افزایش شدت ضربه از 1 تا 5/2، سایز قطره کاهش یافته و هلد آپ از 02/0تا 05/0 (در (Qd=Qc=2 lit/s در سیستم افزایش می یابد. همچنین اثر اضافه نمودن نانوذرات SiO2 و سورفکتانت SDS به سیستم شیمیایی بر روی پارامترهای هیدرودینامیکی مطالعه گردید . نتایج نشان داد که با اضافه نمودن نانوذرات اندازه ذرات کاهش می یابد در حالی که هلد آپ افزایش می یابد. در پایان یک رابطه نیمه تجربی برای پیش بینی اندازه قطره بر حسب پارامترهای عملیاتی و خواص شیمیایی سیستم و کسر حجمی نانوذرات ارایه گردید . این رابطه مشخص می کند زمانی که شدت ضربه ، غلظت نانوذره و غلظت سورفکتانت به ترتیب برابر با 75/1 و 1/0 و 05/0 باشند، بازده استخراج تا 98/0 افزایش می یابد .
  • صفحات 283-299
    این مطالعه به بررسی عددی انتقال حرارت ، افت فشار، کارایی و نسبت انرژی (PEC) در مبدل های دولوله-ای با دو سطح مقطع متفاوت و با استفاده از چهار نانوسیال مختلف می پردازد. اثرات پارامترهای سطح مقطع (دایره ای و بادامکی برای لوله ی داخلی)، چهار نوع نانوسیال مختلف، نرخ جریان گرم و سرد و غلظت نانوذرات مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که تغییر سطح مقطع باعث کاهش نرخ انتقال حرارت و کاهش افت فشارنسبت به سطح مقطع دایره ای گردیده است. هچنین با افزایش غلظت نانوذرات میزان انتقال حرارت در هر دو نوع مبدل افزایش پیدا کرده ولی افت فشار و ضریب اصطکاک نیز نسبت به آب خالص افزایش یافته است. بالاترین PEC مربوط به نانوذره ی نقره می باشد و در این نانوذره با افزایش درصد غلظت نانوذرات نسبت انرژی افزایش می یابد. ولی برای دیگر نانوذرات با افزایش درصد حجمی نانوذرات نسبت انرژی کاهش یافته است. بالاترین مقدار PR مربوط نانو سیال آب / TiO2 می باشد. هنگام استفاده از لوله ی بادامک شکل عدد ناسلت کمتر از عدد ناسلت لوله ی دایروی می باشد، که باعث کم بودن نسبت انرژی گردیده و نشان می دهد لوله های بادامکی افت انرژی بیشتری دارند. همچنین در مبدل حرارتی دو لوله ای نرخ انتقال گرما هنگام استفاده از نانوسیالات آب /CuO، آب / Ag، آب/TiO2 و آب Al2O3 به ترتیب 16.2%، 26.74%، 12.48% و 11.62% درصد نسبت به آب خالص افزایش پیدا کرده است. در مبدل حرارتی دو لوله ای لوله بادامکی نرخ انتقال حرارت برای نانوسیالات آب /CuO و آب / Ag، آب/TiO2 و آب Al2O3 به ترتیب 16.25%، 21.15%، 13 و 12.55% افزایش داشته اند، ولی نرخ انتقال حرارت در مبدل لوله بادامکی نسبت به مبدل لوله دایروی کاهش داشته است. همچنین افزایش افت فشار و کارایی مبدل در مبدل های دایروی و بادامکی به ترتیب 68.5% ، 15.41% و 39.42% ، 23.3% نسبت به آب خالص افزایش داشته است. از دو نرم افزار Aspen EDR و Fluent برای شبیه سازی این دو مبدل استفاده گردیده است.
|
  • Rasul Mohebbi, Abbas Abbaszade, Mahsa Varzandeh, Yuan Ma * Pages 139-150

    This paper presents a series of numerical simulations of nanofluid natural convection inside an F-shaped enclosure equipped by heat source. A hybrid nanofluid consisting of Ag and MgO nanoparticles and water as base fluid was used. Lattice Boltzmann method (LBM) was applied and the effects of Raleigh number (103 ≤ Ra ≤ 106), solid volume fraction of nanoparticle (0 ≤ ϕ ≤ 0.02), and heat source location (0 ≤ S ≤ 0.9) on the flow field, distribution of temperature and heat transfer performance were analyzed according to streamlines, isotherms, and profiles of average Nusselt numbers. The results indicated that the average Nusselt number enhances by increasing the ϕ, although the addition of nanoparticles cannot change the flow pattern and the thermal field significantly. At low Ra, the effect of Ra on average Nu is weak. However, for high Ra, the heat transfer increases significantly by increasing the Ra. The position of heat source also affects the average Nu. The S = 0.6 is the best position of the hot obstacle for enhancing the heat transfer and S = 0.9 is the worst choice. This trend cannot be affected by Ra and ϕ.

    Keywords: Nanofluid, Hot obstacle, Lattice Boltzmann method, Natural convection, F shaped cavity
  • Mohammad Omidpanah, Seyed Ali Agha Mirjalily *, Hadi Kargarsharifabad, Shahin Shoeibi Pages 151-162

    This study simulated the flow and temperature field inside hollow bricks using well-known geometries to investigate the transient thermal behavior in both solid and fluid regions. To this end, a set of governing equations was solved simultaneously for an absorbing-emitting, isotropically scattering gas and solid region. To discretize the equations, the finite volume method was applied and the radiative transfer equation was calculated using the discrete ordinate method. Furthermore, the block off method is used to distinguish between solid and fluid media in the computational domain. The obtained results show that the rate of heat transfer is minimized in geometries having vertical rectangle sub cavities and their wall emissivity tends to zero. Moreover, the time required to reach steady state condition is an increasing function of total heat flux.

    Keywords: radiation, Conjugate heat transfer, Transient, discrete ordinate method
  • Seyedabbas Sadatsakkak *, Ali Rajabpour, A.Alireza Zerabadi Pages 163-171

    Tubular-Fin heat exchangers are a type of compact heat exchangers with prominent features like high levels of exchanged heat and less space occupancy. These heat exchangers are commonly used for exchanging heat between gas and liquid. In this study, for a tubular-fin heat exchanger, the heat transfer and pressure drop for circular and serrated fins with the triangular arrangement are numerically calculated and compared with the existing experimental data. A three-dimensional numerical study with the Reynolds mean-averaged Navier-Stokes (k-ε) model for turbulence is conducted. In the Reynolds range of 6000 to 25000, the performance of four types of fin geometry (serrated, semi-serrated, circular and semi-circular) are compared. The results show that the circular fin has the highest heat transfer rate, while the serrated fin has the highest reduction in the gas temperature. It is also found that the semi-circular fin has the highest thermal enhancement factor and the semi-serrated fin has the highest heat transfer coefficient. The results of the present study can be beneficial in the selection of optimal fins in a heat exchanger from both practical and economic aspects.

    Keywords: Heat exchanger, Fin geometry, heat transfer coefficient, Pressure drop
  • Mehran Rajabi Zargarabadi *, Saeed Rakhsha, Syfolah Saedodin Pages 173-186

    The main purpose of the current work is the analysis of the pulsating effect on the flow and heat transfer from impinging jet on a concave surface. In this way, the heat flux of 2300 W/m2 has been applied constantly on the surface with the radius of 120mm. The intermittent jet has been created for the frequency range of 1-100Hz by the pulsed-jet generator. Nusselt number distribution and flow field have been investigated for dimensionless distance of nozzle to surface (H/d) 2 to 5 and Reynolds number from 7000 to13000. The comparison of the experimental data with Numerical simulation shows that the k-ε RNG turbulence model is appropriately capable of predicting the Nusselt number on the concave surface under the pulsed jet impinging. Results of the present research indicate that, pulsating the jet is more effective on the concave surface in comparison with a flat surface. Also as compared to steady jet, when pulsating applies to the inlet jet with low frequency, reduction in Nusselt number is acquired. Furthermore, at each Re number and H/d, a threshold Strouhal number is found above which the Nusselt number of the pulsed jet is greater than that of the steady jet. Moreover, for the low nozzle to surface distance, Nu of stagnation point at low and high frequency is varied with Sr0.05 and Sr 0.15, respectively. At Re=10000, pulsating the impinging jet with f =100Hz causes an increase in the time and area-averaged of Nusselt number by 22% and 20% in comparison to steady jet at H/d=5 and 2, respectively.

    Keywords: Impinging jet, Nusselt number, pulse frequency, Concave surface
  • Mohammad Nemati, Mohammad Sefid *, Ahmadreza Rahmati Pages 187-203

    In the numerical present study, MHD natural convection heat transfer of non-Newtonian power-law fluid in a two-dimensional enclosure with variable aspect ratio in the presence of heat absorption/generation is investigated by using the lattice Boltzmann method (LBM). The magnetic field is applied to the enclosure in uniform and periodic forms. The vertical wall and curved walls of the enclosure are at constant hot and cold temperature, respectively. The present work is validated with previous studies and the accuracy of the results is ensured. The effect of the Hartmann number, non-Newtonian power-law index, heat absorption/generation coefficient, aspect ratio of the enclosure and the type of magnetic field applied on the nature of flow and heat transfer are studied. The results show that increasing the non-Newtonian power-law index, Hartmann number and the heat absorption/generation coefficient reduce the Nusselt number. By increasing the heat generation/absorption coefficient, aspect ratio and decreasing the non-Newtonian power-law index, the effect of the magnetic field increases. Applying a magnetic field periodically compared to a uniform form leads to an increase of in Nusselt number and flow strength that this effect is greatest for shear thinning fluid and negligible for shear thickening fluid. Increase of Hartmann number and heat absorption/generation coefficient simultaneous leads to further decrease of average Nusselt number. This research can be helpful in the optimal design of heat transfer equipment.

    Keywords: Heat absorption, generation, Lattice Boltzmann method, Natural convection heat transfer, Non-Newtonian fluid, Periodic magnetic field, variable aspect ratio
  • Mohammad Hassan Shojaeefard, Mahmoud Jourabian *, Ahmad Ali Rabienataj Darzi, Ali Bayat Pages 205-223

    We scrutinize the possibility of boosting the functionality of an isothermally heated horizontal capsule filled with the phase change material (PCM) as the thermal energy storage (TES) system. There is the conjugate heat transfer at the wall. The constrained inward melting of the water/ice (Pr=6.2) at Ra=105 in this system should be improved since the thermal conductivity of the base PCM is low. The thermal performance of the PCM may be manipulated by adding the magnesia (MgO) and hybrid Ag/MgO nanoparticles and by using the multilobed capsules. The iterative explicit lattice Boltzmann method (LBM) is implemented to investigate the effects of the nanoparticle loading, aspect ratio (AR) and circumference of the cross-section on the full melting time. The use of the 2-lobe capsule with the highest AR and increased circumference reduces the full melting time by 37% in contrast to the pure PCM melting in the cylindrical tube. Using the MgO nanoparticles with a lower loading (0.01) within the 2-lobe capsule diminishes the complete melting time for the pure PCM by 55%. It is the best nanofluid-based case when we consider the price of nanoparticles and the capacity of the TES system. The hybrid nanoparticles/PCM composites with (50:50) weight proportions are not prescribed as the increment of the viscosity of the PCM is further than that of the thermal conductivity of the PCM. To decrease the thermal conduction resistance at the bottom section of the horizontal cylindrical capsule, it is suggested to use the multilobed capsule for the pure PCM melting instead of the expensive single nanoparticles.

    Keywords: Lattice Boltzmann, Conjugate heat transfer, Constrained inward melting, Multilobed capsule, Hybrid nanoparticles, Conductive wall
  • Sarvenaz Arzani, Bahram Rahmati, Amir Mohammad Jadidi * Pages 225-241
    Over time, many studies have proven the advantages of using chilled ceiling systems as an assistant device for covering the barriers of the stratified air distribution systems. However, previous investigations are still insufficient, especially in analyzing indoor air quality. With the aid of the computational fluid dynamics techniques and Airpak software, we attempted to determine the possible effects of the chilled ceiling on the performance of displacement ventilation by evaluating contaminant removal, ventilation effectiveness, the freshness of air, and air change efficiency. In addition, we tried to find a solution to maintain the stratified form of the contaminant profile, and reduce the impact of the negative buoyant flow caused by the chilled surface. In order to investigate, the study was analyzed with variable exhaust vent location. The results indicated that the indoor air quality indexes had the best operation compared to the other cases when the exhaust vent was placed near the occupants. Actually, by local exhaust vent strategy, the inversion phenomenon caused by chilled surface was minimized and the contaminant concentration was safer at the inhaled zone compared to the other cases. In addition, the chilled ceiling had entirely adverse effects on the mean age of air, contaminant concentration, air change efficiency and ventilation effectiveness. Nevertheless, the disturbance effect was lower when the exhaust vent placed in the vicinity of heat/contaminant sources.
    Keywords: Indoor Air Quality (IAQ), chilled ceiling (CC), displacement ventilation (DV), local exhaust vent (LEV)
  • Maryam Karami *, Seyedeh Somayeh Nasiri Gahraz Pages 243-256
    Recently, water scarcity has been intensified in arid areas because of depletion of freshwater resources, reduction of rainfall, population, and urbanization growth. Therefore, the need to use desalination systems has increased in these areas. On the other hand, the increase of building energy consumption for achieving enhanced thermal comfort has become a global crisis due to the depletion of fossil fuel resources and related environmental problems. In this study, a small-scale solar polygeneration system using photovoltaic-thermal solar collectors and hybrid humidification-dehumidification and reverse osmosis desalination units is proposed to supply the electricity, domestic hot water, space heating, and freshwater demands of a one-story house. The dynamic simulation of the system performance in the Hot-Dry climate zone is done using the TRNSYS-MATLAB co-simulator. The results indicate that using the thermal and electrical energy generated by the proposed system, the building annual energy consumption for providing domestic hot water, and space heating demands reduce 100% and 27.2%. The increase of the annual solar fraction of domestic hot water and space heating, because of using the electrical energy generated by the system, is 11.3% and 15.6%, respectively. The electricity and freshwater demand of the building is completely supplied by the proposed system and the excess electricity is sold to the grid. Economic analysis indicated that fuel saving cost of 29479 $ and water saving cost of 23779 $ are obtained during the life cycle of the system and the payback period is 3.75 years. The results show that the considerable energy savings are achieved using the proposed solar polygeneration system for providing the required electricity, heating, and fresh water demands of the residential buildings.
    Keywords: Solar polygeneration system, Photovoltaic-thermal solar collectors, Humidification-Dehumidification (HDH), Reverse Osmosis, Hot-Dry climate, Economic analysis
  • V Meenakshi * Pages 257-266
    The erratic natural convection and mass transit flow of a viscous incompressible as well as electrically conducting fluid over an impetuously started immeasurable vertical flat plate immersed in the porous medium may occur in many engineering applications. By virtue of these various applications, in the present article, we have considered Soret and Dufour effects on erratic Magnetohydrodynamic natural convection fluid flow. With aid of similarity transformation, the partial differential equations of the flow, which are non - linear, are converted into a group of ordinary differential equations. Later on, those equations are linearized and solved by making use of numerical technique called implicit finite difference method. The derived results of velocity, temperature and concentration profiles are demonstrated through graphs for various values of the physical parameters, which influences the fluid flow. The temperature distribution of the fluid increases with increase in Dufour number, whereas the concentration profiles decreases with the increase in Dufour number or decrease in Soret number.Lastly, the impact of various parameters on local-skin friction, local-Nusselt number, and local-Sherwood number are also presented in the tabular form.
    Keywords: Magnetohydrodynamic, Free-convection, Unsteady Flow, Vertical plate, Dufour, Soret effects, Permeability
  • Mohammad Ghazvehi, Masoud Nasiri *, Mohammad Hasan Mallah, Jaber Safdari Pages 267-281
    Using nanoparticles can lead to an increase in mass transfer rate in liquid–liquid extraction systems. Increasing the concentration of nanoparticles in liquids results in the deposition of nanoparticles and thus limits its use in extraction systems. In this paper, the effect of adding a surfactant to nanoparticle in liquid-liquid extraction systems on extraction efficiency is investigated. The effect of surfactant concentration on the extraction efficiency has been investigated both separately and in the presence of nanoparticles. In this research, the effect of continuous and dispersed phase velocity, and pulsation intensity on the hydrodynamic characteristics of the system has been investigated for the first time with the simultaneous use of silica nanoparticles and SDS surfactant in the vertical pulsed packed column.Using hydrodynamic system and in the presence of nanoparticles and surfactant, this research article provides optimum conditions to obtain maximum efficiency with minimum additives and pulsation intensity. ANOVA analysis (three-level Box–Behnken experimental design) has been used to investigate the effective parameters and sensitivity analysis. The results showed that pulsation intensity is the most effective factor on response. With increasing pulsation intensity from 1 to 2.5, the droplet size decreases and hold-up is increased from 0.02 to 0.05 (at Qd=Qc= 2 lit/s) in the system. Also, the effects of adding SiO2 nanoparticles and Sodium dodecyl sulfate (SDS) surfactant into a chemical system on the hydrodynamic characteristics were studied. The results showed that by adding nanoparticles the droplet size decreases while hold-up increases. Finally, a semi-empirical correlation has been proposed to predict the droplet size in terms of operational parameters, the system chemical properties and the nanoparticle volume fraction. It was found that when pulsation intensity, nanoparticle concentration and surfactant concentration were 1.75, 0.1, and 0.05 respectively, extraction efficiency increased to 0.98.
    Keywords: nanoparticle, surfactant, Pulsed packed column, Mass transfer coefficient, Hold-up, Liquid-liquid extraction
  • Aso Rezaei, Zahra Baniamerian * Pages 283-299
    This study investigates numerically the hydro-thermal behavior of nanofluids in double-pipe heat exchangers with two different cross-sections using four different nanofluids. Two types of different circular and cam-shaped cross-sections, four types of different nanofluid of various concentrations are assessed. The results show that cam-shaped cross-section has reduced the heat transfer rate and the pressure drop compared to the circular cross-section. The heat transfer rate has been increased in both types of heat exchanger by increasing the concentration of nanoparticles, but the pressure drop and friction coefficient has been increased compared to pure water. The results of investigating energy ratio show that the highest performance evaluation criterion (PEC) is related to the silver nanoparticles and the energy ratio (PR) increases by increasing the percentage of nanoparticle concentration. But the energy ratio has been decreased for other nanoparticles by increasing the volume percentage of nanoparticles. The results of thermal and hydraulic studies show that the highest PR value is related to water/TiO2 nanofluid and cam pipes have a higher energy loss. Maximum heat transfer improvement for circular pipes is 26.74% related to Ag nanoparticles while this value is 21.15% for cam-shaped pipes.
    Keywords: Double-pipe heat exchanger, Cam-shape cross-section, Nanofluid, heat transfer coefficient, Pressure drop, Energy ratio (PEC, PR)
  • Mohsen Nazari *, M. Aghdasi Pages 301-311
    Particle manipulation using Dielectrophoretic (DEP) force is widely used in microfluidic systems. Because this force is highly sensitive to the electrical properties of particles and the medium as well as the frequency of the electric field. Therefore, regarding the electrical properties of particles and the medium, the attractive and repulsive DEP forces can be created by adjusting the electric field frequency. In this numerical study, two electric fields with different frequencies are employed for simultaneous separating/trapping of particles and dual trapping of particles by taking advantage of the DEP force. At first, by proposing a single-chamber microchannel, the effects of frequency and voltage are investigated for trapping the 5µm Polystyrene particles within the microchannel chamber and for separating and ejecting the 2µm polystyrene particles from the microchannel. At this stage, the optimum voltages are obtained for trapping the 5µm particles and ejecting the 2µm particles according to the obtained performance diagrams. Then, another chamber is added to the microchannel for dual trapping of polystyrene particles. By utilizing the optimum voltages, the particles with different sizes are trapped in different chambers of microchannel. In this section, the performance cartography of the proposed system is also evaluated for the first time to select the optimum values and smart separation. In all numerical simulations, two electric fields with different frequencies are used, one electric field absorbs the particles and the other field repels the particles.
    Keywords: separation, Dual Trapping, Dielectrophoresis, Microchip