دانلود رایگان مقاله انگلیسی اصلی
انتقال گرمای همرفتی و همبستگیهای فاکتور اصطکاک نانوسیال در یک لوله و با جاسازیها: مقاله از نوع مرور
تعداد صفحات:
مقاله اصلی 13 صفحه
متن ترجمه 35 صفحه
چکیده:
در حوزه انتقال گرما، محققان در طی چندین سال تحقیقات زیادی را برای توسعه تکنیکهای تقویت انتقال گرمای همرفتی انجام داده اند. استفاده از مواد افزودنی در سیل پایه مانند آب یا اتیلن گلیکول یکی از تکنیکهایی است که برای تقویت انتقال گرما مورد استفاده قرار میگیرد. اخیرا ذرات در اندازه نانومتر نوآورانه در سیال پایه و در جریانات انتقال گرما انتشار داده شده اند. این سیالات که حاوی انتشار ذره در اندازه نانومتر جامد میباشند، «نانوسیالات» نامیده میشوند. نانوذرات فلزی یا غیرفلزی جامد منتشره ویژگیهای دمایی مانند رساناپذیری حرارتی، چسبندگی، گرمای ویژه، تراکم، انتقال گرما و فاکتور اصطکاک سیال پایه را تغییر میدهند. نانوسیالات دارای رساناپذیری حرارتی بالا و ضریب انتقال گرمای بالای برای سیالات فاز منفرد میباشند. تقویت ضریب انتقال گرما به همراه اثر حرکت براونی نانوذرات در سیال پایه نشان داده میشوند. در این مقاله مقالات ادراکی و مفهومی درباره همبستگیهای ایجاد شده برای انتقال گرما و فاکتور اصطکاک در انواع مختلف نانوسیالات جاری در یک لوله هموار تحت شرایط جریان خطی تا آشفته مورد بررسی و بازبینی قرار گرفته اند. همچنین این مرور به همبستگیهای ایجاد شده برای تخمین ضریب انتقال گرما و فاکتور اصطکاک نانوسیال در یک لول صاف و به همراه جاسازیها تحت شرایط جریان خطی تا آشفته تعمیم داده شدند. درهرحال، همبستگیهای همرفتی برای انتقال گرمای نانوسیال و فاکتور اصطکاک مناسب نیستند و در نتیجه همبستگیهای مختلف برای تخمین عدد ناسلت و فاکتور اصطکاک در هر دو شرایط جریان خطی و جریان آشفته در داخل لوله دارای جاسازیها ارائه شده اند.
کلمات کلیدی: همبستگی، فاکتور اصطکاک، ضریب انتقال گرما، جاسازیها، غیرسیال، نانوسیال، لول صاف.
1). مقدمه:
بارهای حرارتی در تنوع وسیعی از کارکردها مانند میکروالکترونیکها، حمل و نقل، روشنایی، استفاده از انرژی خورشیدی برای تولید برق و غیره در حال افزایش هستند. فناوریهای کنترل بار حرارتی با سطوح گسترده شده از قبیل پره ها و میکروکانالها در حال حاضر بر محدودیتهای خود رسیده اند. درنتیجه، مدیریت بارهای حرارتی بالا در کارکردهای فلاکس حرارتی بالا چالشهایی را با خود به دنبال دارد و رساناپذیری سیال انتقال گرما امری حیاتی و مهم شده است. سیالات سنتی انتقال گرما از قبیل آب، روغن موتور، اتیلن گلیکول و پروپیلن گلیکول ذاتا توانمندیهای انتقال گرمای محدودی دارند. برای غلبه بر توانمندیهای انتقال گرمای محدود این سیالات سنتی، ذرات در اندازه میکرومتر/ میلیمتر با میزان رساناپذیری حرارتی بالا موجود در آنها توسط آهوجا مدنظر قرار گرفته بودند. مضرت اصلی عبارت است از تنظیم این ذرات حاصله در سیال پایه. برای غلبه بر این مساله رسوب ذره، چوی و گروهش ذرات در اندازه نانومتر را ارائه دادند. چوی و همکارانش تقویت 160 درصدی رساناپذیری حرارتی را با نانولوله های کربنی مورد مشاهده قرار دادند که در روغن موتور منتشر شده بودند. گرایش مشابهی نیز توسط لی و همکارانش، وانگ و همکارانش، ایستمن و همکارانش مشاهده میشود. داس و همکارانش رساناپذیری حرارتی وابسته به دما را در نانوسیال نشان داده اند. ساندار و شرما 6.25% را با نانوسیال اکسید آلومینیوم، 24.6% را با تقویت رساناپذیری حرارتی نانوسیال اکسید مس را در 0.8% در مقایسه با آب مشاهده کرده اند. نایک و ساندار نیز تقویت رساناپذیری حرارتی را با نانوذرات اکسید مس منتشره در مخلوط گلیکول و آب مشاهده کرده اند. رساناپذیری حرارتی بعضی از جامدات و مایعات رایج در جدول 1 نشان داده میشوند.
2). سنتز نانوذرات:
همه نانوذرات جامد دارای رساناپذیری حرارتی بالا را میتوان به عنوان ماده پراکنش در سیال پایه و برای آماده سازی نانوسیالات مورد استفاده قرار داد. بر اساس مقالات گزارش شده در این زمینه، موارد زیر نانوذراتی هستند که برای آماده سازی نانوسیالات مورداستفاده قرار میگیرند: 1). نانولوله کربنی (SWCNT و MWCNT) 2). نانوقطره 3). ذرات فلزی (مس، آلومینیوم، آهن، طلا و نقره) و 4). ذرات غیرفلزی (اکسید آلومینیوم، اکسید مس، اکسید آهن، اکسید تیتانیم و SiC). ...
3). آماده سازی نانوسیال:
روند آماده سازی نانوسیال مهارت و کار بسیار مهمی با استفاده از نانوذرات در جهت بهبود رساناپذیری حرارتی سیالات پایه به شمار میرود. دو روش برای تولید این نانوسیالات مورد استفاده قرار میگیرند که عبارتند از: 1). روش تک فاز و 2). روش دوفاز. ...
1-3). ویژگیهای نانوسیال
ویژگیهای حرارتی- فیزیکی نانوسیال پارامترهای بسیار مهمی برای تخمین ضریب انتقال گرما به شمار میروند. ...
2-3). اعداد غیربعدی
عدد ناسلت و همبستگیهای فاکتور اصطکاک، پارامترهای بدون بعد مانند عدد ناسلت، عدد پراندتل، اعداد پیکلت، عدد ناسلت به صورت زیر معرفی میشوند: ...
4). سیال تک فاز در یک لوله:
همبستگیها برای تخمین عد ناسلت و فاکتور اصطکاک برای سیالات تکفاز جاری در یک لوله و تحت شرایط جریان خطی به آشفته در دسترس میباشند. همبستگیهای رایج مورد استفاده به صورت زیر میباشند. ...
5). ضریب انتقال گرمای نانوسیال در لوله:
1-5). جریان خطی
انتقال گرمای تجربی و عددی انواع مختلف نانوسیالات در یک لوله توسط بسیاری از محققان و تحت شرایط جریان خطی تا آشفته مورد بررسی قرار گرفته اند و نیز همبستگیها را ارائه داده اند. بعضی از همبستگیهای نانوسیال به صورت زیر در نظر گرفته میشوند: ...
2-5). جریان آشفته
کارآمدی جمع کننده صفحه هموار خورشیدی با نانوسیال نانولوله های کربنی چنددیواره (MWCNT) توسط یوسفی و همکارانش تخمین زده شده اند و آنها تا غلظت حجمی 0.4% را مورد مطالعه قرار دادند. ...
6). فاکتور اصطکاک نانوسیال در یک لوله:
افزودن نانوذرات به سیال پایه باعث تقویت انتقال گرما میگردد و به همین صورت باعث جریمه فاکتور اصطکاک افت فشار در طول لوله میگردد. محققان افزایش در فاکتور اصطکاک را با افزودن نانوسیالات کشف کردند و نیز همبستگیهایی را ارائه دادند. ...
7). ضریب انتقال گرمای نانوسیال در یک لوله دارای جایگذاری:
تقویت بیشتر انتقال گرمای نانوسیال در یک لوله دارای جایگذاریها همانند نواره پیچیده شده، خمش پیچشی، سیم کویل شده، نوار مارپیچی، نواره طولی توسط تعدادی از محققان تخمین زده شده و همبستگیهایی برای آنها مطرح شده اند. ...
8). فاکتور اصطکاک:
استفاده از جایگذاریها در یک جریان باعث تقویت فاکتور اصطکاک نیز میگردد. محققان افزایش فاکتور اصطکاک را با جایگذاریها در یک جریان تخمین زده و نیز همبستگی را نشان دادند. ...
9). نتیجه گیری:
انتقال گرمای همرفتی و همبستگیهای فاکتور اصطکاک برای نانوسیال در یک لوله تحت شرایط جریانهای خطی تا آشفته مورد بازبینی و مرور قرار میگیرند. این مرور همچنین به همبستگیهای انتقال گرما و فاکتور اصطکاک در یک لوله دارای نوع متفاوتی از جایگذاریها و تحت شرایط جریان خطی تا آشفته تعمیم داده شده است. این مرور نشان میدهد که همبستگیهای ارائه شده برای عدد ناسلت و فاکتور اصطکاک برای هم نانوسیال در یک لوله و هم نانوسیال در یک لوله دارای جایگذاریها بر اساس هر دو نوع مطالعات تجربی و تئوریک مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته اند. بسیاری از این همبستگیها برای پراکنشهای نانوذره کروی ارائه میشوند.
Convective heat transfer and friction factor correlations of nanofluid in a tube and with inserts