نشریه مهندسی مکانیک ایران

نشریه مهندسی مکانیک ایران

شبیه سازی عددی تأثیر تغییرات میدان مغناطیسی، گام و زاویه پیچ لوله مارپیچی بر افزایش انتقال حرارت

نوع مقاله : مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان
1 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، تبریز، ایران
2 کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، تبریز، ایران
چکیده
در پژوهش حاضر تأثیر زاویه قرارگیری و اندازه گام لوله مارپیچی بر روی آهنگ انتقال حرارت از طریق دیواره لوله به سیال عبوری از آن، در جریان های آرام، گذار و آشفته مورد مطالعه قرار گرفته و در ادامه کار تغییرات عدد ناسلت در اثر اضافه کردن نانو ذرات TiO2 بررسی شده است و در نهایت تأثیر اعمال میدان مغناطیسی با شدت 1 تسلا بر روی میزان انتقال حرارت در حالات مختلف، بررسی شده است. برای این کار لوله مارپیچی در سه گام متفاوت 10، 5/12 و 15 سانتی متر و سه زاویه 0، 45 و 90 درجه در نظر گرفته شده است. طبق نتایج بدست آمده عدد ناسلت با کاهش گام افزایش می یابد و در رینولدزهای مختلف، عدد ناسلت در گام 10 سانتی متر به بالاترین مقدار خود می رسد. این عدد با تغییر زاویه نیز تغییر کرده و به ترتیب در زاویه 45 و 90 درجه بیشترین و کمترین مقدار را دارد. سپس نانو ذرات TiO2 با درصدهای جرمی 01/0%، 3/0% و  5/0% به سیال اضافه شدند که این امر باعث افزایش عدد ناسلت شد. ملاحظه گردید که افزایش غلظت نانوذرات باعث بالا رفتن بیشتر عدد ناسلت می شود. این عدد در کویل با گام 10 سانتی متر، زاویه 45 درجه، رینولدز 15000 و در غلظت 5/0 درصد TiO2 به بالاترین مقدار خود 53/164 می رسد و برای این حالت عدد معیار ارزیابی عملکرد PEC برابر 1154/1 محاسبه گردید. در ادامه کار، میدان مغناطیسی با شدت یک تسلا در جهت محور اصلی کویل اعمال شد و ملاحظه گردید که عدد ناسلت افزایش پیدا می کند و در گام 10 سانتی متر، زاویه 45 درجه، رینولدز 1500 و غلظت 5/0 درصد ذرات TiO2  به بیشترین مقدار خود 6/166 می رسد. در نهایت برای لوله مارپیچی عدد هارتمن محاسبه شد که بیشترین مقدار آن در گام 15 سانتی متر و غلظت 5/0 درصد TiO2  برابر 83/43 بدست آمد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] R. L. Webb, and N. H. Kim, "Principles of Enhanced Heat Transfer", Second Edition Tayleor & Francis, New York, 2005, https://www.routledge.com/Principles-of-Enhanced-Heat-Transfer/Webb-Kim-Webb/p/book/9781591690146?srsltid=AfmBOorucqSiHgLyePBE-2BOX4Je51B6g4WOiLiXvW_N4WTIMtNpcLXZ.
 
[2] Y. Xuan, and Q. Li, "Heat Transfer Enhancement of Nanofluids", International Journal of Heat and Fluid Flow, Vol. 21, No. 1, pp. 58-64, 2000, https://doi.org/10.1016/S0142-727X(99)00067-3.
 
[3] W. Wang, Y. Zhang, K. S. Lee, and B. Li, "Optimal Design of a Double Pipe Heat Exchanger Based on the Outward Helically Corrugated Tube", International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 135, pp. 706-716, 2019, https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.01.115.
 
[4] M. Gabir, and D. Alkhafaji, "Comprehensive Review on Double Pipe Heat Exchanger Techniques", Journal of Physics”, Vol. 1973, pp. 1-20, 2021, https://doi.org/10.1088/1742-6596/1973/1/012013.
 
[5] M. Goodarzi, and Q.V. Bach, "Turbulent Flows in a Spiral Double-pipe Heat Exchanger Optimal Performance Conditions using an Enhanced Genetic Algorithm", International Journal of Numerical Methods for Heat & Fluid Flow, Vol. 30, No. 1, pp. 39-53, 2020, https://doi.org/10.1088/1742-6596/1973/1/012013.
 
[6] F. Fadaei,  M. Shahrokhi , and A. Molaei Dehkordi, "Heat Transfer Enhancement of  Fe3O4 Ferrofluids in the Presence of Magnetic Field", Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Vol. 429, pp. 314-323, 2017, https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2017.01.046.
 
 
 
[9] A. Asadi, A. Hossein Nezhad, F. Sarhaddi, and T. Keykha, "Laminar Ferrofluid Heat Transfer in Presence of Non-uniform Magnetic Field in a Channel with Sinusoidal Wall", Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Vol. 471, pp. 56-63, 2019, https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2018.09.045.
 
[10] X. Zhai, C. Qi, Y. Pan, T. Luo, and L. Liang, "Effects of Screw Pitches and Rotation Angles on Flow and Heat Transfer Characteristics of Nanofluids in Spiral Tubes", International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 130, pp. 989-1003, 2019, https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.10.131.
 
[11] R. Bhadouriya, A. Agrawal, and S. Prabhu, "Experimental and Numerical Study of Fluid Flow and Heat Transfer in an Annulus of Inner Twisted Square Duct and Outer Circular Pipe", International Journal of Thermal Sciences, Vol. 94, pp. 96–109, (2015), https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2015.02.019.
 
[12] X. Tang, X. Dai, and D. Zhu, "Experimental and Numerical Investigation of Convective Heat Transfer and Fluid Flow in Twisted Spiral Tube", International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 90, pp. 523–541, 2015, https://doi.org/10.1016/J.IJHEATMASSTRANSFER.2015.06.068.
 
[13] W. Wang, Y. Zhang, B. Li, H. Han, and X. Gao, "Influence of Geometrical Parameters on Turbulent Flow and Heat Transfer Characteristics in Outward Helically Corrugated Tubes", Energy Conversion and Management, Vol. 136, pp.  294–306, 2017, https://doi.org/10.1016/j.enconman.2017.01.029.
 
[14] W. Wang, Y. Zhang, B. Li, and Y. Li, "Numerical Investigation of Tube-side Fully Developed Turbulent Flow and Heat Transfer in Outward Corrugated Tubes", International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 116 pp. 115–126, 2018, https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2017.09.003.
 
[15] C. Qi, Y.L. Wan, C.Y. Li, D.T. Han, and Z.H. Rao, "Experimental and Numerical Research on the Flow and Heat Transfer Characteristics of TiO2-water Nanofluids in a Corrugated Tube", International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 115, pp. 1072–1084, 2017, https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2017.08.098.
 
[16] A. Alamgholilou (A. Alami nia) and E. Esmaeilzadeh, "Experimental Investigation on Hydrodynamics and Heat Transfer of Fluid Flow into Channel for Cooling of Rectangular Ribs by Passive and EHD Active Enhancement Methods," Experimental Thermal and Fluid Science, Vol. 38, pp. 61-73, 2012, https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2011.11.008.
 
[17] A. Alami nia and A. Campo, "Experimental Study on EHD Heat Transfer Enhancement from Flush-mounted Ribbons with Different Arrangements of Wire Electrodes in a Channel," Heat and Mass Transfer, Vol. 52, pp. 2823-2831, 2016, https://doi.org/10.1007/s00231-016- 1786-5.
 
[18] A. Alami nia, "Experimental Investigation on Effects of Trapezoidal Ribs on Heat Transfer Enhancement with Electrohydrodynamics Active Method into Duct," AUT Journal of Mechanical Engineering, Vol. 4, No. 4, pp. 493-504, 2020, https://doi.org/10.22060/AJME.2020.16725.5840.
 
[19] Fluent, "Ansys Fluent Theory Guide", ANSYS Inc, USA 15317, pp. 724–746, 2011, https://pdfcoffee.com/ansys-fluent-140-theory-guide-pdf-free.html.
 
[20] D. Choundhury, "Introduction to the Renormalization Group Method and Turbulence Modelling", Fluent Incorporated, 1993, https://www.cfd-online.com/Forums/fluent/50455-d-choudhury-introduction-renormalization.html.
 
[21] M. Sheikholeslami, and K. Vajravelu, "Nanofluid Flow and Heat Transfer in a Cavity with Variable Magnetic Field, Applied Mathematics and Computation", Vol. 298, pp. 272-282, 2017, https://doi.org/10.1016/j.amc.2016.11.025.
 
[22] J. Choi, and Y. Zhang, "Numerical Simulation of Laminar Forced Convection Heat Transfer of Al2O3-waternanofluid in a Pipe with Return Bend", International Journal of Thermal Sciences, Vol. 55, pp. 90-102, 2012, https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2011.12.017.
 
[23] F.S. Lien, and M.A. Leschziner, "Assessment of Turbulence-transport Models Including Non-linear RNJ Eddy-viscosity Formulation and Second-moment Closure for Flow over a Backward-facing Step", Computers & Fluids, Vol. 23, pp. 983– 1004, 1994, https://doi.org/10.1016/0045-7930(94)90001-9.
 
[24] M.M. Gibson, and B. Launder, "Ground Effects on Pressure Fluctuations in the Atmospheric Boundary Layer", Journal of Fluid Mechanics, Vol. 86, pp. 491–511, 1978, https://doi.org/10.1017/S0022112078001251.
دوره 26، شماره 2 - شماره پیاپی 75
تابستان 1403
صفحه 113-146

  • تاریخ دریافت 08 شهریور 1402
  • تاریخ بازنگری 20 دی 1402
  • تاریخ پذیرش 08 اسفند 1402