چکیده

در این مقاله در نظر است تاثیرات استفاده از نانوسیال در مبدل هاي حرارتی مورد بررسی قرار گیرد، بدین منظور ضمن معرفی برخی از نانوسیالات پرکاربرد در صنعت و مقایسه مشخصات آن ها و بررسی نتایج برخی از تحقیقات صورت گرفته در این خصوص، مشخص می گردد که استفاده از نانوسیال در یک مبدل حرارتی منجر به بالارفتن راندمان نسبت به سیال پایه در یک مبدل حرارتی می گردد.

کلمات کلیدي

نانوسیال، مبدل هاي حرارتی، افزایش راندمان، .

.۱ مقدمه

نانوسیال به ترکیبی از قطعات فلزي و غیر فلزي در ابعاد نانومتر که درون سیال پایـه اي ماننـد آب، روغـن و یـا اتـیلن گلیکول معلق می باشد اطلاق می گردد. امروزه اسـتفاده از نانوسـیالات در بسـیاري از صـنایع بـزرگ و کوچـک مـورد استقبال قرار گرفته است و در صنایع میکرو الکترونیک که کوچک سازي قطعات در آن بسیار حائز اهمیـت مـی باشـد، نانوسیال به کمک مهندسین طراح شتافته و کمبود فضاي مورد نیاز براي تبادل حرارتی را به کمـک نانوسـیال مرتفـع نموده اند. بسیاري از محققین به استفاده از نانوسیال در زمینه هاي مختلف پرداخته و آزمایشات عملی و تئوري در این خصوص انجام داده اند تا نشان دهند که این ترکیب تاثیري مثبت بر روند انتقال حرارت خواهد داشت از جمله کلتـه و پوراحمدي ب۱م، انتقال حرارت جریان آرام نانوسیال آلومینا را در داخل کانال مثلثی با لوله مدور واقع در مرکز آن را بـه صورت عددي مورد بررسی قرار داده و نتیجه گیري نمودند که استفاده از نانوسیال منجر به بـالا رفـتن انتقـال حـرارت خواهد شد. آیت اللهی و همکاران ۲ انتقال حرارت نانوسیال آب و نقره را با ویسکوزیته هاي مختلف مورد بررسی قرار دادند. آن ها از روش حل انتگرالی براي تحقیق خود استفاده نموده و مدل حل به صورت تک فـاز در نظـر گرفتـه انـد.

غلظت هاي مورد استفاده بین ۱ تا ۴ درصد بوده و در نهایت نتیجه گیري گردید که در اثر اسـتفاده از نـانوذره ضـریب

١دانشجوي کارشناسی ارشد تبدیل انرژي- دانشگاه آزاد اسلامی واحد ایت االله آملی
٢عضو هیات علمی گروه مهندسی مکانیک دانشگاه آزاد اسلامی واحد چالوس
٣ کارشناس ارشد مهندسی مکانیک- تبدیل انرژي

انتقال حرارت بهبود قابل توجهی خواهد یافت. دانگ تانگ سوك و وانگ وایزز١ ۳ بر روي انتقال حرارت اجبـاري در نانو سیالات در دو حالت عددي و تجربی تحقیق نمودند . در بررسی آنها سه دستگاه به صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفته و نانوسیال مورد استفاده آنها روغن طبیعی- مس آب- مس آب- اکسید آلومینیوم با قطـر ۱۰۰ نـانومتر بـوده و غلظت حجمی نانوسیال از ۰/۳ تا ۲ درصد و محدوده رینولدز مورد بررسی از ۸۰۰ تا ۲۵۰۰۰ می باشد. آن هـا نتیجـه گیري نمودند که شدت انتقال حرارت سیال به این دلایل اتفاق می افتد که نـانوذرات معلـق جامـد منجـر بـه افـزایش انتقال حرارت هدایتی سیال می شوند و همچنین حرکت نامنظم نانوذرات منجر بـه افـزایش آشـفتگی جریـان شـده و فرآیند تبادل انرژي را افزایش می دهد. جواهرده و همکاران ۴ بر روي انتقـال حـرارت ترکیبـی جریـان آرام در یـک کانال مثلثی با درپوش متحرك و منبع حرارتی مثلثی قرار گرفته در داخـل آن بررسـی انجـام دادنـد. نانوسـیال مـورد استفاده آن ها آب- دي اکسید تیتانیوم می باشد. اضلاع چپ و راست کانـال در دمـاي ثابـت نگـه داشـته شـده انـد و درپوش فوقانی نیز عایق بوده و با سرعت ثابت حرکت می کنـد. غلظـت نانوسـیال بـین ۱ تـا ۵ درصـد متغیـر و عـدد ریچاردسون جریان در محدوده ۰/۰۱ تا ۱۰ در نظر گرفته شده است. با این وضعیت تشدید انتقال حرارت قابل تـوجهی با افزایش غلظت و همچنین افزایش عدد ریچاردسون مشاهده و گزارش شده است. کلتـه و همکـاران ب۵م، بـه بررسـی انتقال حرارت ترکیبی جریان آرام در داخل یک کانال با سطح مقطع مربعی و درپوش متحرك که یـک منبـع حرارتـی مثلثی شکل در مرکز آن قرار دارد و با نانوسیالات مختلف که سیال پایه آن ها آب بوده، پر شده است را مـورد بررسـی عددي قرار داده اند. دیواره هاي سمت چپ و پایینی کانال عایق بوده و درپوش با سرعت ثابت حرکت می کند. درپوش

æ دیواره سمت راست داراي دماي ثابت می باشند. نتایج بررسی هاي آن ها موید تاثیر مثبت افزایش غلظت نانو سیالات

æ کاهش قطر نانوذرات در افزایش عدد ناسلت می باشد.

مانکا٢ و همکاران ۶ بررسی عددي انتقال حرارت اجباري نانوسیال در یک کانال مستطیلی را انجـام داده و نانوسـیال مورد استفاده آب- آلومینا بوده است. هندسه مورد بحث به صورت دو بعدي و دماي آن ثابت در نظر گرفته شده اسـت.

اندازه نانوذرات برابر با ۳۸ نانومتر و غلظت آن در محدوده صفر تا ۴ در نظر گرفته و رژیم جریان نیز آشفته بوده اسـت.

آنها نتیجه گیري نمودند که با افزایش غلظت نانوسیال ضریب انتقال حرارت افـزوده مـی گـردد. تریسکاسـري و وانـگ وایزز٣ ۷بر روي مشخصات انتقال حرارتی نانوسیالات مختلف بررسی و مقایسه اي در خصوص نانو ذرات فلزي و غیـر فلزي با غلظت هاي مختلف انجام داده اند. آن ها ابتدا روش تهیه نانوسـیال را مـورد بررسـی قـرار داده و سـپس از دو دیدگاه تجربی و عددي بررسی و روش هاي مختلف به دست آوردن ضریب انتقال حرارت هدایتی را مقایسه کرده اند. با انتخاب روش بهینه، در نهایت نتیجه گیري نمودند که انتقال حرارت نانوسیال در قیاس با سیال پایـه بهتـر انجـام مـی پذیرد و این مورد به درصد حجمی نانوذرات شکل و اندازه نانوذره نوع سیال پایه جنس نـانوذرات عـدد دب نانوسـیال بستگی دارد. زینالی هریس و همکاران ۸ انتقال حرارت در جریان آرام اجبـاري از نانوسـیال آب- اکسـید مـس را در داکت مثلثی در شرایط دماي ثابت دیواره مورد بررسی عددي قرار دادند.