بررسی تجربی ضریب انتقال حرارت جابه‌جایی اجباری نانوسیال آلومینیم اکسید در یک لوله‌ی عمودی با شار حرارتی غیریکنواخت (سینوسی)

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه شیراز، صندوق پستی: 71345-1585، شیراز ـ ایران

2 پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، صندوق پستی: 1589-81465، اصفهان ـ ایران

چکیده

مطالعه‌ی آزمایشگاهی ضریب انتقال حرارت جابه‌جایی نانوسیال 3O2Al/ آب در یک لوله‌ی حلقوی عمودی با شار حرارتی غیریکنواخت (سینوسی) در ناحیه‌ی در حال توسعه‌ی جریان با قطر متوسط 20 نانومتر انجام شد. هدف اولیه‌ی این پژوهش بررسی دمای سطح لوله‌ی داخلی (منبع گرمایی) بود. مشخص شد دما در نقطه‌ای بالاتر از وسط میله برای دماهای ورودی مختلف بیشینه می‌شود و دمای سطح میله برای نانوسیال کم‌تر از سیال پایه بود هر چند که نانوسیال بر مکان نقطه‌ی بیشینه‌ی سطح اثر خاصی نداشت. سپس ضریب انتقال حرارت جابه‌جایی و عدد ناسلت نانوسیال بررسی و مشخص شد که با افزایش غلظت حجمی ‌و عدد رینولدز، هر دو افزایش می‌یابند. بیش‌ترین میزان افزایش انتقال حرارت (%19) برای غلظت %5/1 و عدد رینولدز حدود 2100 اتفاق افتاد. اثر دمای ورودی بر انتقال حرارت نانوسیال بررسی و افزایش ضریب انتقال حرارت با افزایش دمای ورودی مشاهده شد. از بررسی اثر فشار بر انتقال حرارت نانوسیال مشخص شد که فشار، اثر محسوسی بر ضریب انتقال حرارت جابه‌جایی نانوسیال ندارد. بررسی افت فشار نسبی نانوسیال نشان داد که با افزایش غلظت حجمی، افت فشار نسبی نانوسیال افزایش می‌یابد. هم‌چنین افت فشار نسبی نانوسیال به علت رسوب بیش‌تر، در سرعت‌های پایین، بیش‌تر بود و با افزایش عدد رینولدز کاهش یافت.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Experimental Investigation of Al2O3 Nanofluid Force Convection Heat Transfer Coefficient in Vertical Tube with Cosine Heat Flux

نویسندگان [English]

  • Javad Rashid 1
  • Mansour Talebi 2
  • Kamal Hadad 1
  • jamshid Khorsandi 2
چکیده [English]

 An experimental study for the convection heat transfer coefficient in a region of nanofluid containing Al2O3 oxide nanoparticles of 20 nanometer diameter in water as a base fluid through circular annular tube in the cosine thermal flux boundary condition was carried out. The primary purpose of this investigation was accomplished on the surface temperature of the heat source (inner pipe) determined at the maximum upper than the middle of pipe for the whole entry temperatures and surface temperature for nanofluid which was less than that of the base fluid. However, the nanofluid did not have any effect on the location point on the maximum temperature surface. Then, the convection heat transfer coefficient and Nusselt number were scrutinized showing that both of them increase by increasing of the volume fraction and Reynolds number. The maximum value of the heat transfer coefficient of nanofluid belongs to the volume fraction of 1.5% and the Reynolds number near 2100 which is 19%, compared to that of the base-fluid. The effect of entrance temperature and pressure of nanofluid on the heat transfer coefficient was also studied. The experimental data have shown that by increasing the entrance temperature, the heat transfer coefficient improves but the pressure has a negligible effect on heat transfer. The results demonstrated that the relative pressure drop of nanofluid increased remarkably by increasing the volume fraction. Furtheremore, we observed that by decreasing the Reynolds number the pressure drop increased because of more sediment of nanoparticle at lower velocities.
 
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Al2O3 Nanofluid
  • Cosine Heat Flux
  • Convection Heat Transfer Coefficient
  • Pressure Drop

1. A.B. Duncan, G.P. Peterson, Review of Micro scale Heat Transfer, Appl. Mech. Rev, 9 (1994) 397-428.

2. S.U.S. Chio, Enhancing thermal conductivity of fluid with nanoparticles, Developments and applications of non-newtonian flow, D.A. Siginer and H.P. Wang eds., FED, V 231/MD, 66 (1995) 99.

3. S.M.S. Murshed, K.C. Leong, C. Yang, Enhanced thermal conductivity of TiO2. Water basednanofluids, International Journal of Thermal Sciences, 44 (2005) 367-373.

4. W. Yu, H. Xie, L. Chen, Y. Li, Investigation on the thermal transport properties of ethylene glycol-based nanofluids containing copper nanoparticles, Powder Technology, 197 (3) (2010) 218–221.

5. W. Yu, S.U.S. Choi, The role of interfacial layers in the enhanced thermal conductivity of nano fluids a renovated Hamilton-Crosser model, Journal of Nanoparticle Research, 6 (2004) 355-361.

6. Y. Xuan, Q. Li, Heat transfer enhancement of nanofluids, Int. J. Heat Fluid Flow, 21 (2000) 58-64.

7. S. ZeinaliHeris, S.Gh. Etemad, M. Nasr Esfahany, Experimental investigation of oxide nanofluids laminar flow convective heat transfer, Int. J. Heat and Mass Transfer, 33 (2006) 529-535.

8. S.M. Fotukian, M. Nasr Esfahany, Experimental study of turbulent convective heat transfer and pressure drop of dilute CuO/water nanofluid inside a circular tube, Int. Comm. Heat and Mass Transfer, 37 (2009) 214-219.

9. I.C. Bang, S.H. Chang, Boiling heat transfer performance and phenamena of AL2O3-water nanofluid from a plain surface in a pool, Int. J. Heat Mass Transfer, 48 (2005) 2407-2419.

10. Y. Xuan, W. Roetzel, Conception for heat transfer correlation of nanofluid, Int. J. Heat Mass Transfer, 43 (2000) 3701-3707.

11. S. Mirmasoumi, A. Behzadmehr Effect of nanoparticles mean diameter on mixed convection heat transfer of a nanofluid in a horizantal tube, Int. J. Heat Fluid Flow, 29 (2008) 557-556.

12. N. Masoumi, N. Sohrabi, A. Behzadmehr, A new model for calculating the effective viscosity of nanofluids, Journal of Physics, D: Applied Physics, 42 (2009) 1-6.

13. W. Yu, S.U.S. Choi, The role of interfacial layers in the enhanced thermal conductivity of nano fluids a renovated Hamilton-Crosser model, Journal of Nanoparticle Research, 6 (2004) 355-361.

14. Clement Kleinstreuer, Yu Feng, Experimental and theoretical studies of nanofluid thermal conductivity enhancement: a review, Kleinstreuer and FengNanoscale Research Letters (2011) 229.

15. H.E. Patel, T. Sundararajan, T. Pradeep, A micro-convection model for thermal conductivity of nanofuids, Indian Academy of Sciences, 65 (2005) 863-869.

16. D. Weerapun, W. Somchai, Measurement of temperature-dependent thermal conductivity and viscosity of TiO2-water nanofluids, International Journal of Experimental Thermal and Fluid Science, 33 (2009) 706-714.

17. S.M.S. Murshed, K.C. Leong, C. Yang, Investigatiton of thermal conductivity and viscosity of nano fluid, International Journal of Thermal Science, 47 (2008) 560-568.

18. MadhursreeKole, Dey, T.K., Effect of aggregation on the viscosity of cooper oxide-gear oil naonfluids, International Journal of Thermal Science, 50 (2011) 1741-1747.

19. M.M. EL-Wakil, Nuclear Heat Transport, The American Nuclear Society La Grange Park, ILLinois (1993).