مطالعه تجربی بهینه سازی فرآیند انتقال حرارت دیواره ذخیره حرارتی پمپ حرارتی در سنگ اطراف تونل در منطقه سردسیر

Experimental Study on Heat Transfer Process Optimization of Heat Storage Wall of the Heat Pump in Tunnel Surrounding Rock in the Cold Region

چکیده

1 مقدمه

2 مدل فیزیکی

3 متدولوژی

4 نتایج آزمایش

5 نتیجه گیری

منابع

چکیده

در خصوص تونل ها در مناطق سردسیر یا بسیار سرد، مشکل نشت در بازه زمانی آب شدن برف ها در بهار بسیار شایع است، که باعث آسیب های متنوع به تونل به دلیل یخ زدگی می شود. با استفاده از انرژی زمین گرمایی سنگ اطراف در پروژه ی تونل، به ویژه پروژه ی تونل زیر لایه ی همیشه یخبندان، سیستم پمپ حرارتی تونل ناحیه ی سرد قابلیت بهبود و ارتقای راندمان انرژی کلی گرمایشی را دارد زیرا درجه حرارت جانبی مربوط به تبخیر پمپ حرارتی افزایش می یابد، که بیشتر به درد تأسیسات ساختمانی پشتیبان محیط اطراف می خورد. با الهام از این سیستم و فناوری بنای کوپلینگ فعال و غیرفعال، نوع بازیابی حرارتی مدل دیوار ذخیره سازی حرارتی در این تحقیق پیشنهاد شده است. با شرح فرآیند انتقال حرارت و گرما در راتباط با نوع بازیابی حرارتی دیوار ذخیره سازی حرارتی و انجام تحقیقات تجربی، امکان پذیری و اثربخشی آن تأیید می شود. نتایج نشان می دهند زمانی که دمای هوای محیط بیرون در اورومچی تقریبا -7°C ~ -15°C است و تابش کلی نورخورشید در لحظه به بازه ی 0~1108 W/m2 می رسد، این نوع دیوار می تواند هوای گرم نزدیک دیوار ایجاد کند که دمای آن 11.89°C بالاتر از دمای محیط است تا یک منبع گرمای با کیفیت برای پمپ حرارتی منبع هوا را زمانی که دما پایین است فراهم کند، که به موجب آن راندمان و کارایی سیستم حرارتی پمپ حرارتی منبع هوا را به طور قابل ملاحظه ای ارتقا می دهد. بدون تجهیزات فتوولتائیک و فتوترمال، نوع بازیابی حرارتی دیوار ذخیره سازی حرارتی میتواند میزان استفاده از انرژی خورشیدی را به 13% تا 20%، حتی حداکثر تا 36% برساند.

2- مدل فیزیکی
نوع بازیابی حرارتی دیوار ذخیره سازی حرارتی در شکل 1 نشان داده شده است، که متشکل از دیوار استاندارد ساختار صرفه جویی در انرژی، لایه ی میانی هوا، و ورق پوششی شفاف است. هوا بدون دمای محیط بیرون از طریق صفحه ی روزنه دار یا اوریفیس پلیت در بخش پایین تر لایه ی میانی هوا وارد می شود و از صفحه ی روزنه دار بالایی هم شار و هم جریان می شود و پس از آن به پورت مکش هوای تبخیر کننده ی پمپ حرارتی منبع هوا فرستاده می شود.

لایه ی میانی هوا ضخامتی برابر با 200 mm دارد، و اندازه ی صفحه ی دیوار ذخیره سازی حرارتی عرضی برابر با 1500 mm و ارتفاع 2000 mm دارد. سه اوریفیس (روزنه) روی دیوار زیر لایه ی میانی هوا باز می شوند تا اجازه دهد هوای بیرون وارد لایه ی میانی هوا شده، و اندازه ی روزنه (اوریفیس) 4 × 15 cm است. اندازه ی اوریفیس در مرکز بالای لایه ی میانی هوا شبیه به کانال فن ϕ 16 cm است. جدول 1 فهرستی از پارامترهای فیزیکی نشان داده شده با هر لایه ی دیوار محفظه را ارائه می کند و نوع بازیابی حرارتی دیوار ذخیره سازی حرارتی در شکل 2 نشان داده شده است. ضریب جذب تابش خورشیدی سطح بیرونی دیوار برابر است با αwall=0.75.

3- متدولوژی
بارزترین تفاوت بین یک چنین دیوار ذخیره سازی حرارتی و دیوار ذخیره سازی حرارتی معمولی حالت جریان هوا در ارتباط با لایه ی میانی می باشد. تبادل گرما روی سطح دیوار ذخیره سازی حرارتی معمولی یک همرفت و انتقال گرمای طبیعی می باشد؛ هوا در لایه ی میانی نوع بازیابی حرارتی دیوار ذخیره سازی حرارتی مجبور به همرفت می شود. فرآیند انتقال حرارت نوع بازیابی حرارتی دیوار ذخیره سازی حرارتی سه بخش دارد: صفحه ی پوششی شفاف، لایه ی میانی هوا، و ساختار دیوار سنگین [22]، و فرآیندهای انتقال گرما و تبادل گرما در شکل 3 نشان داده شده اند.

تجزیه و تحلیل عددی اثرات میدان مغناطیسی بر روی ارتقای انتقال حرارت در سیال مغناطیسی برای یک جمع کننده خورشیدی به صورت سهمی شکل

Numerical analysis of magnetic field effects on the heat transfer enhancement in ferrofluids for a parabolic trough solar collector

چکیده

1. مقدمه

2. تعریف مسئله

2.1 ویژگی های فیزیکی مایع مغناطیسی

2.2 تحلیل انتقال گرمایی

2.3 میدان مغناطیسی و معادله های حاکم

2.4 شرایط مرزی

3. نتایج و مباحث

3.1 ارزیابی اعتبار

3.2 نتایج CFD

4. جمع بندی

چکیده

یک ظرف سهمی شکل به عنوان یک جمع کننده گرمایی خورشیدی تعریف می شود که  در یک بعد صاف است و در دو بعد دیگر به صورت یک سهمی، منحنی شکل می باشد که آینه های صاف برروی ان قرار گرفته است . ارتقای کارایی گرمایی این جمع کننده ها یکی از مهم ترین چالش های توسعه و رشد نیروگاه های توان گرمایی خورشیدی می باشد. مایعات مغناطیسی به عنوان یک مایع کاری جدید برای کاربرد های صنعتی ارائه شده اند که این موضوع به دلیل عملکرد گرمایی آن ها می باشد. در این مطالعه، یک انتقال گرمای همرفتی از مایعFe3O4-Therminol66 تحت میدان مغناطیسی (0-500G) با استفاده از دینامیک محاسبه سیالات، ارزیابی شده است. مایع مغناطیسی با کسر های حجمی مختلف ( 1تا4% ) و Therminol 66 ( به عنوان مایع اصلی)به عنوان مایعات کاری برای یک جمع کننده خورشیدی سهمی شکل، مورد استفاده قرار گرفته اند. تحلیل های عددی نخست نشان دهنده نتایج نظری می باشند و سپس یک مطالعه دقیق انجام شده است تا بتوان تاثیر  سیال مغناطیسی را بر روی پارامتر های مختلف از لوله جمع کننده، کارایی گرمایی و همچنین خروجی دمایی این جمع کننده، نشان داد. به علاوه، افزایش کسر حجمی نانوذرات در مایع اولیه و تراکم میدان مغناطیسی باعث افزایش عملکرد این جمع کننده شد.

1. مقدمه

انرژی تجدید پذیر، به عنوان مثال انرژی های بادی و خورشیدی، یکی از امید بخش ترین راه حل ها برای تولید کردن  انرژی تمیز برای آینده می باشد زیرا منابع انرژی فعلی ( مانند نفت، زغال سنگ و گازهای طبیعی)، در چند دهه آتی تمام خواهند شد. میزان مصرفانرژی در جهان به صورت پیوسته در حال افزایش می باشد و این موضوع برای تمام محقق ها و دانشمندان نگران کننده می باشد. انرژی خورشیدی به عنوان یک انرژی فراوان، می تواند به صورت گرما و یا برق تبدیل شود. این انرژی، یک منبع مفید برای کاربرد های مختلف می باشد : خشک کننده های خورشیدی، تولید آب گرم به صورت محلی و تولید برق در نیروگاه های انرژی خورشیدی. میزان تولید انرژی خورشیدی بین سال 2012 تا 2040 با افزایش سالانه 8.9% پیش بینی شده است و همین موضوع باعث می شود که این نوع از تولید انرژی، به سریع ترین و پر پیشرفت ترین نوع تولید انرژی در دهه های پیش رو تبدیل شودد.

4. جمع بندی

این مطالعه یک مطالعه عددی را مبتنی بر دینامیک محاسباتی سیالات ارائه می کند که با استفاده از نرم افزار ANSYS® FLUENT® انجام شده است که هدف ما، مطالعه کردن تاثیر مایع مغناطیسی و میدان مغناطیسی بر روی عملکرد جمع کننده های خورشیدی سهمی وار می باشد. مایع مغناطیسی Fe3O4-Therminol در این مطالعه با کسر حجمی مختلف به عنوان مایع کاری مورد استفاده قرار گرفته است و  Therminol 66 در واقع، مایع پایه می باشد. به علاوه، تحلیل هایی نیز همراه یا بدون میدان مغناطیسی انجام شده است که این میدان توسط یک سیم حامل جریان الکتریکی ایجاد شده است که در نزدیکی لوله جمع کننده قرار دارد. تاثیر میدان مغناطیسی بر روی ضریب انتقال گرمایی همرفتی، کارایی گرمایی و عملکرد جمع کننده نیز به صورت دقیق ارزیابی شده است. نتایج نشان داده است که HTC جمع کننده خورشیدی با استفاده از نانوذرات قرار گرفته در مایع پایه افزایش پیدا می کند. افزایش در کسر حجمی این نانوذرات می تواند باعث افزایش HTC هم بشود. همچنین، ارزیابی های فعلی نشان داده است که استفاده از میدان مغناطیسی باعث افزایش HTC محلی در لوله جمع کننده، دمای خروجی و کارایی گرمایی می شود. بهترین عملکرد نیز برای مایع مغناطیسی با 4% کسر حجمی به دست آمده است. در نهایت، بهترین عملکرد گرمایی – هیدرولیکی نیز برای مایع مغناطیسی با 1% کسر حجمی رخ می دهد که افت فشار جریان و ضریب اصطکاک کمترین مقادیر را برای آن دارند که این موضوع مشابه با نتایجی است که در مقالات دیگر به دست آمده است.

Abstract

A parabolic trough is defined as a type of solar thermal collector that is straight in one dimension and curved as a parabola in the other two, lined with a polished metal mirror. Enhancing the thermal efficiency of this collectors is one of the major challenges of developing and growing of parabolic trough solar thermal power plants. Ferrofluids were proposed as a novel working fluid for industrial applications, due to their thermal performances. In this study, the convective heat transfer of Fe3O4-Therminol 66 ferrofluid under magnetic field (0–500 G) is evaluated using computational fluid dynamics. The ferrofluid with different volume fraction (1–4%) and the Therminol 66 (as the base fluid) are considered as the working fluids for a parabolic trough solar collector. Numerical analysis first validated using theoretical results, and then a detailed study is conducted in order to analyze the effect of the magnetic field on different parameters. The result demonstrated that using magnetic field can increase the local heat transfer coefficient of the collector tube, thermal efficiency as well as output temperature of the collector. In addition, increasing the volume fraction of nanoparticle in the base fluid and intensity of magnetic field increased the collector performance.

1. Introduction

Renewable energy, for instance solar and wind energy, is one of the most promising solutions to produce clean energy for the future since the conventional energy sources (such as oil, coal and natural gas) will be finished in a few decades [1,2]. World energy consumption is increasing continually and this is worrisome for all researchers and scientists [3]. Solar energy, as an abundant energy source, can either be converted into heat or electricity. It is a useful source of energy for various applications: solar dryers, local hot water production, and electricity production in concentrating solar power plants [4]. Global solar energy production was predicted to reach a rate of 8.9% annually between 2012 and 2040, making it the fastest developing type of energy generation in the forthcoming decades [5].

4. Conclusion

Current study presented a numerical study based on computational fluid dynamics incorporated within ANSYS® FLUENT®, in order to study the effects of ferrofluid and magnetic field on the performance of a parabolic trough solar collector. Fe3O4-Therminol 66 ferrofluid with different volume fraction was considered as the working fluid, having the Therminol 66 as the base fluid. In addition, analyses were done with and without presence of a magnetic field which was provided by a current-carrying wire located close to the collector tube. Effect of the magnetic field on the convective heat transfer coefficient, thermal efficiency, and collector performance was investigated in detail. The results have shown that the HTC of solar collector increases by using submerged nanoparticles in the base fluid. Increasing in volume fraction of nanoparticles can increase the HTC as well. Also, current investigations have shown that using magnetic field helps to increase local HTC of the collector tube, output temperature, and thermal efficiency of the collector. The best performance was obtained for ferrofluid with 4 vol% under a magnetic field of 500 G, which proves effectiveness of both ferrofluid and magnetic field on the collector performance. Finally, the best thermo-hydraulic performance occurs for ferrofluid with 1 vol % in the case of magnetic field absence for which the flow pressure drop and friction factor have the smallest values, similar to the results obtained in the literature.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

تجزیه و تحلیل عددی اثرات میدان مغناطیسی بر روی ارتقای انتقال حرارت در سیال مغناطیسی برای یک جمع کننده خورشیدی به صورت سهمی شکل

Numerical analysis of magnetic field effects on the heat transfer enhancement in ferrofluids for a parabolic trough solar collector

بررسی عددی جریان چند لایه و انتقال حرارت نانوسیالات غیر نیوتنی در محیط متخلخل

Numerical investigation of laminar flow and heat transfer of non-Newtonian nanofluid within a porous medium

چکیده

1- مقدمه

2- معرفی مسئله

3- معادلات حاکم

3-1 خواص ترموفیزیکی

3-2 فرآیند حل

3-3 استقلال از شبکه

3-4اعتبارسنجی

4- نتایج و بحث

5- نتیجه‌گیری

چکیده

در این تحقیق، بررسی جامع جریان آرام و انتقال حرارت یک نانوسیال غیرنیوتنی شبه‌پلاستیک (Al2O3+CMC) در داخل ناحیه‌ی متخلخل دایره‌های هم‌مرکز ارائه شده است. اثر کسر حجمی نانوذرات، عدد رینولدز، عدد دارسی و نسبت ضخامت مورد بررسی قرار گرفته است. شبیه‌سازی‌ها برای اعداد رینولدز و اعداد دارسی در محدوده‌ی 100<Re<300 و 10-4<Da<10-2 انجام گرفته است. نتایج نشان می‌دهد که تأثیر لایه‌ی متخلخل نسبت به اعداد رینولدز در افزایش ضریب انتقال حرارت جابجایی بیشتر است؛ چون در یک کسر حجمی مشخص، محیط متخلخل در مقایسه با افزایش عدد رینولدز، نقش پر رنگ‌تری در افزایش انتقال حرارت دارد. همچنین برای یک کسر حجمی مشخص و برای یک تخلخل ثابت، کاهش نفوذپذیری منجر به افزایش عدد دارسی و پروفیل سرعت می‌شود. زمانی که ضخامت لایه‌ی متخلخل در یک مقدار ثابت تخلخل و نفوذپذیری افزایش یابد؛ سرعت نانوسیال در یک عدد رینولدز ثابت افزایش پیدا می‌کند؛ افزایش ضخامت لایه‌ی متخلخل سبب زیاد شدن ضریب انتقال حرارت می‌شود. علاوه بر این، در یک عدد رینولدز ثابت و ضخامت مشخص، با افزایش عدد دراسی، ضریب انتقال حرارت و عدد ناسلت بیشتر می‌گردد. همچنین اگر در مقادیر ثابت نفوذپذیری و تخلخل، ضخامت لایه‌ی متخلخل افزایش پیدا کند، سرعت نانوسیال بیشتر شده و موجب به حداکثر رسیدن افت فشار می‌گردد.

5- نتیجه‌گیری

در این تحقیق، یک مطالعه‌ی جامع بر روی جریان آرام و نرخ انتقال حرارت نانوسیال غیرنیوتنی شبه پلاستیک (Al2O3+CMC) در درون محیط متخلخل دایره‌ای انجام گرفت. شبیه‌سازی برای اعداد رینولدز و اعداد دارسی مختلف در محدوده‌ی 100<Re<300 و 10-4<Da<10-2 انجام شد. نتایج زیر از انجام شبیه‌سازی‌ها حاصل شده است: – در یک نفوذپذیری ثابت، قسمت زیادی از سیال به قسمت بدون تخلخل وارد می‌شود و همچنین در ناحیه‌ی دارای مقاومت کم، ضخامت لایه‌ی تخلخل بیشتر می‌شود. – در یک کسر حجمی مشخص برای یک تخلخل ثابت، کاهش نفوذپذیری منجر به افزایش سرعت دارسی و پرفیل سرعت می‌شود. وقتی که در یک نفوذپذیری و تخلخل ثابت، ضخامت لایه‌ی تخلخل بیشتر شود، سرعت نانوسیال افزایش پیدا می‌کند. – وقتی که ضخامت لایه‌ی تخلخل افزایش پیدا می‌کند، سهم ناحیه‌ی بدون تخلخل کم می‌شود و عدد ناسلت به‌طور ناگهانی زیاد می‌گردد. – در یک کسر حجمی مشخص، لایه‌ی محیط متخلخل در مقایسه با عدد رینولدز، نقش بیشتری در انتقال حرارت دارد. – در عدد ناسلت برای Kr=5 یک افزایش 91/1% در مقایسه با حالتی که مواد متخلخل وجود ندارد، به‌دست آمد.

Abstract

In this study, comprehensive study of laminar flow and heat transfer of pseudo-plastic non-Newtonian nanofluid (Al2O3 + CMC) within the porous circular concentric region is presented. The effect of volume fraction of nanoparticles, Reynolds number, Darcy number, thickness ratio is studied. Simulations for different Reynolds numbers and Darcy numbers in the range of 100 ≤ Re ≤ 300 and 10− 4 ≤ Da ≤ 10− 2 are done. The results show that the effect of the porous layer on increasing the convective heat transfer coefficient is larger than the Reynolds number, since, at a given volume fraction, the porous medium plays a greater role in increasing the heat transfer compared to the increasing Reynolds number. Also, at a given volume fraction and for a fixed porosity, decreases in the permeability leads to increased Darcy velocity and, consequently, velocity profile. As the thickness of the porous layer increases at fixed values of permeability and porosity, the velocity of the nanofluid is also increased in a constant Reynolds number, by increasing the thickness of the porous media, heat transfer coefficient increases. In addition, at a specified thickness and constant Reynolds number, by increasing the Darcy number, the heat transfer coefficient and the Nusselt number increases. Moreover, as the thickness of the porous layer increases at fixed values of permeability and porosity, the velocity of the nanofluid is also increased; this consequently maximizes the pressure drop.

5- Conclusion

In this paper, the comprehensive study of laminar flow and heat transfer of pseudo-plastic non-Newtonian nanofluid (Al2O3 + CMC) within the porous circular concentric is investigated. Simulations for different Reynolds numbers and Darcy numbers in the range of 100≤Re ≤300 and 10−4≤Da≤10−2 are done. The following results can be deduced from our simulation: • At a fixed permeability, a larger portion of the fluid is rejected to the clean region, i.e. the region of lower resistance, as the thickness of the porous layer increases • At a given volume fraction and for a fixed porosity, decreases in the permeability leads to increased Darcy velocity and, consequently, velocity profile. As the thickness of the porous layer increases at fixed values of permeability and porosity, the velocity of the nanofluid is also increased; • As the thickness of the porous layer increases, the occupied share of the clean region is gradually decreased and hence the Nusselt number is abruptly increased. • At a given volume fraction, the porous medium plays a greater role in increasing the heat transfer compared to the increasing Reynolds number. • An increase of 1.91% is achieved in the Nusselt number for Kr = 5 compared to the case where no porous material is present. The extension of this paper for nanofluid according our previous works [41–93] affords engineers a good option for micro and nano simulation.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

بررسی عددی جریان چند لایه و انتقال حرارت نانوسیالات غیر نیوتنی در محیط متخلخل

Numerical investigation of laminar flow and heat transfer of non-Newtonian nanofluid within a porous medium

روش های تقویت انتقال حرارت برای بهبود عمر آب بند

Heat-transfer augmentation techniques to improve seal life

طراحی آب بند

شرایط انتقال دما

رینگ های جفت شونده با کانال خنک کننده درونی

رینگ های جفت شونده با دیواره جانبی ترکیبی

رینگ های جفت شونده بایک لوله حرارتی درون ساز

اندازه گیری های تریبولوژیکال

نتیجه گیری

چکیده

این مقاله نگاهی دارد بر چند تکنولوژی تقویت انتقال حرارت که در مرکز ماشینکاری چرخشی دانشگاه ایالت لوئیزیانا اجرا شده است. هدف این مقاله کاهش حرارت دو رویه در آب بندهای مکانیکی است، که شامل طراحی رینگ های آب بند با یک تبادل گر حرارتی دورنی می باشد و همچنین تکنیک های بافت سطح را به منظور افزایش انتقال حرارت و طراحی یک مولد جدید از آب بند با یک لوله حراراتی، در بر می گیرد.

هرساله، در صنعت هزینه های هنگفتی برای تعمیر پمپ صرف می شود. هزینه های تعمیری صرف شده برای آب بندها و بیرینگ ها 80% تخمین زده شده است. مهمترین عامل های تأثیر گذار شناسایی شده مسئول نقص آب بند عبارتند از:

-انحراف دمای انباشته شده و درجه حرارت دو رویه بالا بین رینگ های آّب بند جفت شونده.

-عدم ثبات گرما-کشسانی؛ و

-پوشش ناهمگن وسیع

اندازه گیری های تریبولوژیکال
در بخش قبلی، روش های متفاوتی برای ارتقاء دما در آب بندهای مکانیکی ارائه شدند. این بخش بر آزمایش های آزمایشگاهی به کارگرفته شده به منظور ارزیابی عملکرد تریبولوژیکال تمرکز می کند. به طورخاص، نتایج یک تحقیق جدید توسط زیائو و خوانساری خلاصه شده است (2015). رینگ های آب بند از فولاد ضد زنگ حرارت دیده (17-4PH) با لوله و بدون لوله حرارتی درون ساز سایشی ساخته شدند که در مقابل عنصر دیسکی-شکل چرخشی ساخته شده از همان مواد قرار می گیرد. سطوح سایشی در روغن موتور SAE غوطه ور شدند. سرعت عمل کنندگی از 500 تا 1100 متغیر بود. به طور قابل توجهی، طرح متعارف در سرعت 110 تحت بار 133.5نیوتن شکست خورد. در مقابل، رینگ با پمپ حرارتی درون ساز برای عمل کردن در همان سرعت تا بار 311.5 نیوتن ادامه یافت. در نهایت، این طرح با لوله حرارتی درجه حرارت کمت و توزیع دمای یکسان تری داشت. یک درجه حرارت یکسان تر در فشار و خسارت دمای کمتر، پوشش کمتر و عمر خدماتی طولانی تری را حاصل می کند. بنابراین، ضریب سایش طرح متعارف قبل از تماس مرزی در حدود 0.15 بود، اما برای طرح لوله-حرارتی تا حدود 0.1 کاهش یافت.

Abstract

This article looks at several heat-transfer augmentation technologies that have been developed at Louisiana State University’s Center for Rotating Machinery. Aimed at reducing interfacial heat in mechanical seals, they include the design of seal rings with an internal heat exchanger, surface texturing techniques to improve heat transfer, and the design of a new generation of seals with a heat pipe.  Industry spends huge sums of money on pump repair every year. It is estimated that 80% of the repair costs is dedicated to seals and bearings. The most influential factors identified for being responsible for seal failure are: • high interfacial temperature and associated thermal distortion between the rotating and mating seal rings; • thermo-elastic instability; and • excessive non-uniform wear.

Tribological measurements

In previous sections, different methodologies for improving heat transfer in mechanical seals were presented. This section focuses on laboratory tests used to evaluate tribological performance. In particular, the results of a recent study by Xia & Khonsari (2015) are summarised. The seal rings were made of heat-treated stainless steel (17-4 PH) with and without a built-in heat pipe rubbing against a rotating disk-shaped element made of the same material. The rubbing faces of both disks were polished to 1–2 helium light bands, which is typical in mechanical seals, and tested using a tribometer. The disks were immersed in SAE engine oil for lubrication and the tests involved measuring temperature, the coefficient of friction and wear. The operating speed was varied from 500 rpm to 1100 rpm. Interestingly, the conventional design failed at 1100 rpm under the load of 133.5 N. In contrast, the ring with the built-in heat pump continued to operate at the same speed up to a 311.5 N load. Overall, the design with the heat pipe had a lower temperature and a more uniform temperature distribution. A more uniform temperature field results in less thermal stress and damage, lower wear and longer service life. Furthermore, the coefficient of friction of the conventional design was about 0.15 before boundary contact, but was reduced to about 0.1 for the heat-pipe design.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

روش های تقویت انتقال حرارت برای بهبود عمر آب بند

Heat-transfer augmentation techniques to improve seal life

تاثیر سرعت و ابعاد نانو ذرات جامد بر انتقال حرارت در نانوسیال غیر نیوتنی

The effect of velocity and dimension of solid nanoparticles on heat transfer in non-Newtonian nanofluid

چکیده

1- مقدمه

2- مدل ریاضی

2-1 بیان مسأله

3- معادلات حاکم

4- خواص و روش‌ها

5- بررسی استقلال از شبکه‌

6- تجزیه و تحلیل نتایج

6-1 اعتبار‌سنجی

7- نتیجه‌گیری

چکیده

در این تحقیق، رفتار هیدرودینامیکی نانوسیال‌های غیرنیوتنی و انتقال حرارت شبیه‌سازی شده است. در این مطالعه، به‌صورت عددی جریان آرام جابجایی اجباری نانوسیال غیرنیوتنی حاوی 5/0% وزنی محلول کربوکسی‌متیل‌سلولز (CMC) در آب به‌عنوان سیال پایه با آلومینا در کسر حجمی 5/0 و 5/1 به‌عنوان نانو‌ذرات جامد، شبیه‌سازی شده است. روش حل عددی در سیستم مختصات دکارتی در یک میکرو‌کانال دوبعدی مدل‌سازی شده و محدوده‌ی اعداد رینولدز بین 10 تا 1000 متغییر بوده است. هندسه‌ی مورد تحلیل شامل بخشی از یک مستطیل می‌باشد که دیوارهای بالا و پایین آن تحت تاثیر دمای ثابت قرار گرفته‌اند. اثر کسر حجمی نانوذرات، عدد رینولدز و نانوسیال‌های غیرنیوتنی مورد بررسی قرار گرفته است. در این تحقیق مشخص شده است که تغییرات افت فشار، عدد ناسلت، ضریب انتقال حرارت و دمای بدون بعد، به دلیل حرکت نانوسیال‌های غیرنیوتنی ایجاد شده است. نتایج نشان می‌دهد که افزایش کسر حجمی نانوذرات جامد و کاهش قطر نانوذرات موجب بهبود انتقال حرارت می‌شود که این مسئله در عدد رینولدز نمود بیشتری دارد. نتایج پارامترهای معرفی شده به‌صورت نمودار رسم شده و برای پارامترهای مختلف مقایسه شده است.

7- نتیجه‌گیری
در این پژوهش، جریان آرام سیال آب/ CMC- آلومینا برای نانوذرات جامد (آلومینا) حاوی کسر حجمی 5/0% و 5/1% که به حالت معلق در محلول غیرنیوتنی شامل 5/0% غلظت CMC وجود دارد، بررسی شده است. در این تحقیق از فرآیند دینامیک سیال محاسباتی استفاده شده و رفتار حرارتی سیال آرام غیرنیوتنی در یک مستطیل دوبعدی با استفاده از یک شبکه منتظم و الگوریتم سیمپل C با بهره‌گیری از گسسته‌سازی درجه دوم مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور تعیین ویسکوزیته‌ی دقیق سیال از مدل قانون توانی برای سیالات غیرنیوتنی استفاده شده است. نتایج نشان داده است که افزایش کسر حجمی نانوسیال جامد منجر به بیشتر شدن انتقال حرارت، سرعت، عدد ناسلت و افت فشار شده است. علاوه بر این، حضور نانوذرات جامد تاثیر زیادی بر افزایش اعداد ذکر شده از قبیل رینولدز دارد که می‌تواند منجر به افزایش مکانیزم انتقال حرارت میکرونی و ترکیب بهتر جریان نانوسیال در اعداد رینولدز باشد. استفاده از نانوذرات جامد با قطر کوچک‌تر، تاثیر خوبی بر افزایش انتقال حرارت، کاهش افت فشار و تغییر مقادیر دمای بدون‌بعد در سطح مقطع‌های مختلف میکروکانال داشته است. گسترش این مقاله برای نانوسیال‌ها با توجه به کارهای قبلی ما [47-62]، مهندسین را برای شبیه‌سازی جریان آشفته در این هندسه ترغیب می‌کند.

Abstract

In this investigation, the behavior of non-Newtonian nanofluid hydrodynamic and heat transfer are simulated. In this study, we numerically simulated a laminar forced non-Newtonian nanofluid flow containing a 0.5 wt% carboxy methyl cellulose (CMC) solutionin water as the base fluid with alumina at volume fractions of 0.5 and 1.5 as the solid nanoparticle. Numerical solution was modelled in Cartesian coordinate system in a two-dimensional microchannel in Reynolds number range of 10≤Re≤1000. The analyzed geometrical space here was a rectangular part of whose upper and bottom walls was influenced by a constant temperature. The effect of volume fraction of the nanoparticles, Reynolds number and non-Newtonian nanofluids was studied. In this research, the changes pressure drop, the Nusselt number, dimensionless temperature and heat transfer coefficient, caused by the motion of non-Newtonian nanofluids are described. The results indicated that the increase of the volume fraction of the solid nanoparticles and a reduction in the diameter of the nanoparticles would improve heat transfer which is more significant in Reynolds number. The results of the introduced parameters in the form of graphs drawing and for different parameters are compared.

7- Conclusion

The laminar flow of the fluid water/CMC-alumina for volume fractions of 0.5% and 1.5% of solid nanoparticle (alumina) suspended in a non-Newtonian dissolution made of 0.5% concentration of CMC was studied. In this research, calculative fluid dynamics and laminar heat transfer behavior of the non-Newtonian fluid in rectangular twodimensional using an organized mesh and Simple C algorithm and second order discretization were all studied. To determine a more accurate viscosity of the fluid, the power-law was used to draw the nonNewtonian fluid. The results indicated that an increase in volume fraction of the solid nanofluid lead to an upward trend in heat transfer, rate, Nusselt number and pressure loss. Furthermore, the presence of solid nanoparticle had a great impact on the increase of the abovementioned especially Reynolds number which can be a result of boosting micronic heat transfer mechanisms and a better combination of nanofluid flow in higher Reynolds number. The use of solid nanoparticles with a smaller diameter had a good effect on the increase in heat transfer, decrease in pressure loss, and economized variation of dimensionless temperature in different sections of the microchannel. The extension of this paper for nanofluids according our previous works [47–62] affords engineers a good option for turbulent jet impingement simulation.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

تاثیر سرعت و ابعاد نانو ذرات جامد بر انتقال حرارت در نانوسیال غیر نیوتنی

The effect of velocity and dimension of solid nanoparticles on heat transfer in non-Newtonian nanofluid

جریان متلاطم و افزایش انتقال گرما در یک مبدل حرارتی لوله ای با شیارهای گسسته شیب دار

Turbulent flow and heat transfer enhancement in a heat exchanger tube fitted with novel discrete inclined grooves

چکیده

1- مقدمه

2- توضیح مدل

3- شبیه سازی عددی

3.1 انتخاب مدل تلاطم

2-3 معادلات حاکم و شرایط مرزی

3-3 ایجاد شبکه و تست مستقل

4- بحث و نتیجه گیری

1-4 تایید اعتبار کد

2-4 ساختار جریان و توزیع دما

3-4 اثرات پارامترهای هندسی بر عملکرد حرارتی- هیدرولیکی

4-4 آنالیزهای تولید آنتروپی

5-4 مقایسه با کارهای قبلی

5- نتیجه گیری

چکیده

در مطالعه حاضر از یک لوله با شیارهای شیب دار برای انتقال حرارت و مینیمم کردن مصرف انرژی برق از طریق تولید جریان های چرخشی طولی با گرداب های متعدد در یک لوله شیاردار، استفاده شد. برای ارزیابی ساختار جریان متلاطم و اثرات پارامترهای هندسی روی عملکرد حرارتی از یک روش  عددی استفاده شده است. بر اساس نتایج ما، جریان های طولی چرخشی با گرداب های چند گانه در لوله شیب دار ایجاد می شود، و تعداد گرداب های القایی متناسب با تعداد شیارها است. انتقال حرارت و ضریب اصطکاک در یک لوله صاف به ترتیب 23/1-17/2  و 02/1 تا 75/3 افزایش می یابد. به منظور درک بیشتر مکانیسم فیزیکی لوله شیاردار افزایشی و ارزیابی پارامترهای فیزیکی، بررسی های تولید آنتروپی انجام شد. نتایج نشان داد نسبت مقدار تولید انتروپی با افزایش شیار ها و با کاهش نسبت شیب شیار و تعداد شیار گاهش می یابد و نسبت شیب شیار برابر 3 برای لوله پیشنهاد می شود. به علاوه مقایسه هایی که با کارهای قبلی انجام شده نشان می دهد که لوله شیاردار عملکرد حرارتی بسیار چشمگیری نسبت به لوله شیار دار تراگذار، لوله با شیارهای داخلی راه راه و لوله با شیار پیوسته دارد اما عملکرد حرارتی آن نسبت به لوله با شیارهای گسست  در عدد رینولوز پایین کمتر است. این امر نشان می دهد که این لوله شیاردار در کاربردهای عملی برای افزایش انتقال حرارت بسیار مناسب است. 

1- مقدمه

مبدل های حرارتی، که موجب انتقال حرارت از یک محیط به محیط دیگر می شود کاربردهای بسیار وسیعی از جمله کاربردهای نفتی، شیمیایی ، صنایع تولید انرژی و کاربرد های خانگی دارد. افزایش عملکرد کلی مبدل حرارتی موجب کاهش سایز مبدل و مواد سازنده و صرفه جویی در انرژی مربوط به فرایند تبادل حرارت می گردد[1]. در کاربرد های عملی، معمولا توسعه لوله های افزایش انتقال حرارت برای افزایش بازدهی مبدل حرارتی به این علت که عملکرد کلی مبدل توسط انتقال حرارت در لوله ها که واحد های پایه انتقال حرارت مبدل هستند اندازه گیری می شود، ضروری به نظر می رسد. نصب نوارهای پیچیده و سیم های کویلی یا عناصر زبری مصنوعی مثل شیارها  و موج ها روی سطح به طور معمول برای تکنیک های افزایش انتقال حرارت در لوله به کار برده می شود. از میان این تکنیک ها لوله های با شیار مصنوعی بهاین علت که در افزایش انتقال حرارت بسیار موثر است عملکرد حرارتی بهتری نشان داده و به طور وسیعی مورد استفاده قرار گرفته است  انتقال حرارت در لوله به کاربرده می شود. از میان این تکنیک ها لوله های با شیار مصنوعی به این علت که در افزایش انتقال حرارت بسیار موثر است، عملکرد حرارتی بهتری نشان داده و به طور وسیعی ومورد استفاده قرار گرفته است[2].

5- نتیجه گیری

جریان متلاطم و انتقال حرارت در یک لوله دوار با شیار گسسته به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفت. جزئیات جریان متلاطم و انتقال حرارت و اثرات پارامترهای هندسی بر انتقال حرارت ارائه و آنالیز شد. بررسی های تولید آنتروپی بریا درک بیشتر مکانیسم فیزیکی لوله افزایشی انجام شد. مقایسه ای نیز بین لوله افزایشی پیشنهادی با لوله افزایشی قبلی انجام شد. بر اساس بررسی عددی نتایج زیر استنتاج شد: 

1) جریان های چرخشی طولی با گرداب های متعدد در لوله شیاردار القا می شود. الگوی جریان لوله منجر به مسیر طولانی جریان و اختلاط شدید جریان بین مناطق دیواره و مرکزی جریان می شود. به علت اختلاط مناسب توسط جریان های طولی چرخشی، دما به خوبی توزیع می شود. 

Abstract

In the present work, we propose a novel enhanced tube with discrete inclined grooves, aiming to enhance heat transfer with minimum consumption of pump power by generating longitudinal swirl flows with multiple vortices in the proposed grooved tube. A numerical study has been conducted to investigate the turbulent flow structures and the effects of geometric parameters on the thermal performance. According to the results, longitudinal swirl flows with multiple vortices are generated in the grooved tube, and the number of induced vortices is proportional to the number of circumferential grooves. The heat transfer and friction factor are enhanced by a factor of approximately 1.23–2.17 and 1.02 to 3.75 over the smooth tube, respectively. To further understand the physical mechanism of the enhanced grooved tube and to assess the effects of geometric parameters, entropy generation analyses have also been performed. The results show that the entropy generation number ratios decrease with increasing the number of circumferential grooves and with the reduced groove pitch ratio, and a number of circumferential grooves of 12 and a groove pitch ratio of 3 are recommended for the proposed grooved tube. In addition, comparisons with previous work show that the proposed grooved tube provides considerably higher overall thermal performance than the transversally grooved tube, internally helical grooved tube and continuous corrugated tube, but lower thermal performance than the discrete corrugated tube at lower Reynolds numbers, indicating that the proposed grooved tube is very promising for heat transfer enhancement in practical applications.

1. Introduction

Heat exchangers, which ensure heat transfer from one medium to another, have wide applications ranging from petroleum, chemical, power generation industries and domestic uses. Enhancement in a heat exchanger’s overall performance contributes to reducing the size of heat exchangers and make material and energy savings related to the heat exchange processes [1]. In practical applications, it is usually necessary to develop efficient enhanced heat transfer tubes to improve the efficiency of a heat exchanger, due to the fact that a heat exchanger’s overall performance is determined by the heat transfer in the tubes which are the basic heat transfer units for a heat exchanger. Tube inserts like twisted tapes and coiled wires or artificial roughness elements such as ribs, grooves and corrugations on the surface are commonly used heat transfer enhancement techniques for tubes. Among these techniques available, artificial grooved tubes show better overall thermal performance and are widely used in modern heat exchangers, because they are very effective in heat transfer augmentation [2].

5. Conclusions

Turbulent flow and heat transfer in a circular tube with discrete inclined grooves were numerically investigated. Turbulent flow and heat transfer details, and effects of geometric parameters on the heat transfer performance were presented and analyzed. Entropy generation analyses were performed to further understand the physical mechanism of the enhanced grooved tube. Comparison between the proposed grooved tube and previous enhanced tubes was also conducted. Based on the numerical investigation, following conclusions can be drawn:

(1) Longitudinal swirl flows with multiple vortices are induced in the grooved tube. The flow pattern results in a long flow path and relatively intense flow mixing between the wall and the core flow regions. The temperature is more evenly distributed due to better flow mixing induced by the longitudinal swirl flows.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

جریان متلاطم و افزایش انتقال گرما در یک مبدل حرارتی لوله ای با شیارهای گسسته شیب دار

Turbulent flow and heat transfer enhancement in a heat exchanger tube fitted with novel discrete inclined grooves

جریان Sakiadis مایع ماکسول با توجه به میدان مغناطیسی و شرایط مرزی همرفتی

Sakiadis flow of Maxwell fluid considering magnetic field and convective boundary conditions

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.q2

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

جریان Sakiadis مایع ماکسول با توجه به میدان مغناطیسی و شرایط مرزی همرفتی

Sakiadis flow of Maxwell fluid considering magnetic field and convective boundary conditions

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.q2

بهینه سازی انتقال حرارت همرفتی در یک لوله دایروی بر اساس به حداقل رساندن تخریب اگزرژی محلی

Convective heat transfer optimization in a circular tube based on local exergy destruction minimization

چکیده
1- مقدمه
2- معادله تعادل پتانسیل در دسترس و نرخ تخریب اگزرژی محلی در فرایند انتقال حرارت
3- روش بهبود انتقال حرارت برپایه سیال
3-1- تشریح روش
3-2- مدل دوهدفه برای اعتبارسنجی روش
4- تایید عددی جریان آرام در یک لوله
5- نتایج

چکیده

در این مطالعه، معادله تعادلی پتانسیل در در دسترس که منتج به رابطه بین پتانسیل در دسترس و نرخ تخریب اگزرژی محلی می شود، تعیین شده است، و معادلات پتانسیل در دسترس و نرخ تخریب اگزرژی محلی ارائه شده است. برای بهبود انتقال حرارت و کاهش دامنه مقاومت جریان، یک روش به نام بهبود انتقال حرارت برپایه سیال پیشنهاد شده است که با بهبود انقال حرارت برپایه سطح در ارتباط است. یک مدل ریاضی بهینه با ترکیب تابع لاگرانژ و تخریب اگزرژی مربوط به افت برگشت ناپذیری فرایند انتقال حرارت و مصرف توان سیال، بری افت جریان سیال به دست آمده است تا این روش اعتبارسنجی شود. برای دستیابی به ساختار جریان بهینه در یک لوله، جریان لوله به دو بخش تقسیم شده است: جریان مرکزی و جریان مرزی. برای کاهش افت برگشت ناپذیری در جریان مرکزی، ما تخریب اگزرژی سیال را در کنار مصرف توان سیال به عنوان هدف بهینه سازی در نظر گرفتیم. برای کاهش مقاومت سیال در جریان مرزی، مصرف توان سیال را به عنوان هدف بهینه سازی در کنار تخریب اگزرژی سیال در نظر گرفتیم. معادلات بهینه سازی برای انتقال گرمای همرفت در جریان آرام به دست آمده است، که به صورت عددی حل شده اند. جریان های گردابی طولی در لوله برحسب پارامترهای مختلف به دست آمده اند. در جریان بهینه شده، انتقال حرارت خیلی بهبود یافته است، در حالی که همراه با کمی افزایش در مقاومت جریان می باشد. بازدهی کلی، یعنی نسبت افزایش در انتقال حرارت و مقاومت جریان پس از بهینه سازی به 3.65 می رسد.

1- مقدمه

بهبود و بهینه سازی انتقال حرارت برای پایستگی انرژی و حفاظت محیطی ضروری هستند، زیرا انتقال حرارت تقریبا 80% مصرف انرژی در صنایع را شامل می شود. انتقال گرمای همرفت یکی از فرایندهای متداول انتقال در صنایع می باشد. توسعه تئوری و فناوری مربوطه برای بهبود انتقال حرارت بسیار با اهمیت می باشد.
در میان شبیه سازی عددی و تجزیه و تحلیل تجربی، محققین فناوری های زیادی را برای بهبود انتقال حرارت در جریان لوله توسعه داده اند. متقابلا لوله های با بهبود انتقال حرارت معینی به دست آمده است، مانند لوله های با پره داخلی [1]، لوله های با موج حلزونی [2] و لوله های با پره های ریز [3]. بیجان و همکاران [4] جریان لوله را به دو قسمت تقسیم کرده اند : جریان مرزی و جریان مرکزی. جریان نزدیک به دیواره لوله به عنوان جریان مرزی تعریف می شود و بقیه جریان را مرکزی می گویند. در لوله های اشاره شده با بهبود انتقال حرارات، سطوح در مرز که انتقال گرمای همرفت غالب بین جریان و دیواره لوله را شامل می شود، برای بهبود انتقال حرارت طراحی و بهینه سازی می شوند. سازوکار بهبود انتقال حرارت شلمل موارد زیر است[5]: توزیع لایه مرزی، گسترش سطح انتقال حرارت، و تغییر مشخصات فیزیکی سطح انتقال حرارت. بنابراین، این نوع روش می تواند به عنوان بهبود انتقال حرارت براساس سطح تشخیص داده شود(به طور مخفف روش براساس سطح). این روش به طور موثر ضریب انتقال گرمای همرفت را بهبود می بخشد، اما افزایش در مثاومت جریان ممکن است زیاد شود و بازدهی کلی کاهش یابد.

5 -نتایج

معادله تعادلی پتانسیل دردسترس به دست آمده است، که در آن نرخ تخریب اگزرژی محلی برای تشریح افت برگشت ناپذیری فرایند انتقال گرمای همرفت تعریف شده است. روش پایه سیال،به گونه ای متفاوت با روش بهبود انتقال حرارت برپایه سطح، با درنظرگرفتن هردوی مقاومت های جریان و حرارتی پیش برده شده است. مدل ریاضی بهینه با روش دو-ناحیه توسعه داده شده است تا قاعده بهبود انتقال حرارت برپایه سیال را بازتاب دهد. با حل عددی معادلات حام برگرفته از تغییرات تابعی لاگرانژ، میدان سرعت بهینه به دست آمده است. تجزیه و تحلیل تئوری برای فناوری های بهبود انتقال حرارت پربازده و با مقاومت کم سودمند است. نتایج خاص به صورت زیر است:
1 ) پتانسیل دردسترس، سطح انرژی سیال را نشان می دهد، و معادله تعادل آن فرایند انتقال انرژی دردسترس را در بردارد. با کاهش تخریب اگزرژی سیال، برگشت ناپذیری فرایند انتقال قابل کاهش است.
2 ) یک روش بهینه سازی انتقال حرارت جابجایی، با انتخاب نرخ تخریب اگزرژی به عنوان هدف بهینه سازی در جریان مرکزی، و افت انرژی سیال به عنوان هدف بهینه سازی در جریان مرزی لوله دایروی توسعه داده شده است، که به قانون بهبود انتقال حرارت برپایه سیال کمک می کند.
3 ) نتایج عددی با حل معادلات حاکم نشان می دهد که میدان جریان بهینه در لوله دایروی، در ساختاری با جریان چرخشی طولی می باشد، که گردابه های کوچک و بزرگ متناوبی را در مقطع برشی لوله نشان می دهد، و با افزایش کمی در مقاومت جریان، انتقال حرارت قابلیت بهبود زیادی دارد.

Abstract

In this study, the equilibrium equation of available potential, which reveals the relation of available potential and local exergy destruction rate, is determined, and the expressions of available potential and local exergy destruction rate are given. To improve heat transfer enhancement and reduce increase amplitude of flow resistance, a method termed as fluid-based heat transfer enhancement is proposed relative to surface-based heat transfer enhancement. An optimal mathematical model by constructing Lagrange function with exergy destruction corresponding to irreversibility loss of heat transfer process and fluid power consumption to flow loss of fluid is adopted to validate this method. To obtain the optimal flow structure in a tube, the tube flow is divided into two parts: core flow and boundary flow. For reducing the irreversibility loss in the core flow, we take fluid exergy destruction as optimization objective with prescribed fluid power consumption. For reducing the flow resistance in the boundary flow, we take fluid power consumption as optimization objective with prescribed fluid exergy destruction. The optimization equations for the convective heat transfer in laminar flow are derived, which are solved numerically. The longitudinal swirling flows in the tube are found at different parameters. In the optimized flow, heat transfer is enhanced greatly while accompanied with a little increase of flow resistance. Comprehensive performance, the ratio of increases in heat transfer and flow resistance, reaches at 3.65 after optimization.

1- Introduction

The enhancement and optimization of heat transfer are essential for energy conservation and environment protection, because heat transfer is related to almost 80% of total energy consumption in industry. Convective heat transfer is one of the common transport processes in industry. It is highly important to develop a theory and corresponding technology for enhancing convective heat transfer.
Through numerical simulation and experimental analysis, researchers have developed many technologies to enhance the heat transfer in tube flow. Correspondingly, certain heat-transfer-enhanced tubes are exploited, such as inner-finned tubes [1], spiral corrugated tubes [2], and micro-finned tubes [3]. Bejan et al. [4] divided the tube flow into two parts: boundary flow and core flow. The flow near the wall of tube is defined as boundary flow and the remaining is core flow. In the aforementioned heat-transfer-enhanced tubes, the surfaces in the boundary, which dominate the convective heat transfer between fluid and tube wall, are designed or improved to enhance heat transfer. The mechanism for heat transfer enhancement includes [5]: disturbing the boundary layer, extending the heat transfer surface, and changing the physical properties of the heat transfer surface. Therefore, this kind of method can be designated as surface-based heat transfer enhancement (abbreviated as the surface-based method). This method effectively enhances the convective heat transfer coefficient, but the increase in flow resistance may become significant and the comprehensive performance can be weakened.

5- Conclusions

The equilibrium equation of available potential is obtained, in which the local exergy destruction rate is defined to express the irreversibility loss of the convective heat transfer process. Different from the surface-based heat transfer enhancement method, the fluid-based method is put forward by considering both thermal and flow resistances. The optimal mathematical model is constructed by the two-region method to reflect the principle of fluid-based heat transfer enhancement. By numerically solving the governing equation deduced through functional variation for Lagrange function, the optimal velocity field is obtained. The theoretical analysis is benefit to the high-efficiency and low-resistance heat transfer enhancement technologies. Specific conclusions are summarized as follows.
(1) Available potential represents the energy grade of the fluid, and its equilibrium equation expresses the transport process of available energy. By reducing the exergy destruction of the fluid, the irreversibility of transport process can be decreased.
(2) An optimization method of convective heat transfer is constructed by setting exergy destruction rate as optimization objective in the core flow and fluid power consumption as optimization objective in the boundary flow in a circular tube, which supports the principle of fluid-based heat transfer enhancement.
(3) Numerical results by solving the governing equations show that the optimized flow field in a circular tube is in a structure of longitudinal swirling flows, which shows alternating large and small vortexes in the cross section of tube, and heat transfer can be greatly enhanced with a slight increase in flow resistance.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

بهینه سازی انتقال حرارت همرفتی در یک لوله دایروی بر اساس به حداقل رساندن تخریب اگزرژی محلی

Convective heat transfer optimization in a circular tube based on local exergy destruction minimization

بهینه سازی پیکربندی گیرنده لوله ای مرکزی با نصب محیط متخلخل برای افزایش انتقال حرارت

Optimization of Porous Insert Configuration in a central Receiver Tube for Heat Transfer Enhancement

چکیده

1. مقدمه

2. مدل فیزیکی/خارجی

3. فرمول ریاضی و روش عددی

4- نتیجه و بحث

5- نتیجه گیری

منابع

چکیده

در این مقاله، افزایش انتقال همرفت جریان آشفته حرارت در یک گیرنده لوله ای مرکزی که با محیط متخلخل و تحت شار حرارتی پیرامونی غیریکنواخت پر شده است بصورت عددی مورد بررسی قرار گرفت. درباره اثرات برخی پارامترهای محیط متخلخل (طرح اولیه، رسانایی گرمایی/حرارتی و تخلخل) و عدد رینولدز (Re) بر روی عملکرد حرارتی و عملکرد حرارتی-هیدرولیکی بحث شده است. نتایج نشان داد هنگامی که نسبت رسانایی حرارتی محیط متخلخل به سیال عامل/متحرک (λs / λf) کمتر از 1000 باشد پر کردن بالا و پایین لوله گیرنده لوله تقویت شده (ERT) با محیط متخلخل، موجب عملکرد حرارتی مناسب گیرنده می‌شود. زمانیکه  λ s / λ f > 100 باشد لوله گیرنده تقویت شده با محیط متخلخل در بالا و پایین، عملکرد حرارتی-هیدرولیکی مناسبی را از خود نشان می دهد. تخلخل (ε) و عدد رینولدز نیز بر عملکرد حرارتی و عملکرد حرارتی-هیدرولیکی تأثیر می‌گذارند؛ عدد نوزلت (Nu) و شاخص های ارزیابی عملکرد (PEC) افزایش انتقال حرارت از طریق پمپاژ کردن مداوم در اکثر با افزایش ε، کاهش می‌یابد؛ اما شاخص های ارزیابی عملکرد لوله گیرنده ای که بالای آن با محیط متخلخل پر شده است با افزایش ε، افزایش پیدا می کند. عدد نوزلت تمام لوله های گیرنده تقویت شده، با افزایش عدد رینولدز افزایش می‌یابد، اما شاخص-های ارزیابی عملکرد با افزایش عدد رینولدز کاهش پیدا می‌کند.

1. مقدمه

سیستم برج خورشیدی (SPTS)، انرژی اولیه متمرکز خورشیدی است که دارای مزایای بسیار آشکاری از جمله هزینه تقریباً کم و تولید برق در مقیاس وسیع می‌باشد [1]. گیرنده (receiver)، مؤلفه اصلی سیستم برج خورشیدی است. برای سیستم برج خورشیدی از دو نوع گیرنده اصلی استفاده می‌شود: گیرنده حجمی و گیرنده لوله ای. گیرنده لوله ای می‌تواند فشار و درجه حرارت بالا را کاملاً تحمل کند و برای بسیاری از سیالات هادی حرارت (HTF) مانند آب/ بخار، فلز مایع و نمک مذاب، قابل استفاده است.

5- نتیجه گیری

در این مقاله، افزایش انتقال حرارت در لوله گیرنده مرکزی که بصورت جزئی یا کلی با محیط متخلخل پر شده است برحسب اعداد و ارقام مورد بررسی قرار گرفت. در مورد اثر برخی پارامترهای محیط متخلخل(H، λs ، ε) و عدد رینولدز بر عملکرد حرارتی و عملکرد حرارتی-هیدرولیکی نیز بحث شد. از مجموع مطالب گفته شده می‌توان به نتیجه زیر رسید.

Abstract

In this paper, the heat transfer enhancement for convection heat transfer of turbulent flow in a central receiver tube filled with porous medium under non-uniform circumferential heat flux was numerically investigated. The effects of some parameters of porous medium (layout, thermal conductivity and porosity) and the Reynolds number (Re) on the thermal and thermo-hydraulic performance were discussed. The results showed that the enhanced receiver tube (ERT) with down-filling porous inserts and in-filling porous inserts have good thermal performance when the ratio of thermal conductivity of porous medium to working fluid (λs/λf) is less than 1,000. The ERT with out-filling porous inserts and up-filling porous inserts have good thermo-hydraulic performance when λs/λf >100. The porosity (ɛ) and Re also affect the thermal and thermo-hydraulic performance, the Nusselt number (Nu) and performance evaluation criteria (PEC) of heat transfer enhancement under constant pumping power of most kinds of ERTs decrease with the increase of ɛ, but the PEC of the ERT with in-filling porous inserts increases with the increase of ɛ. The Nu of all kinds of ERTs increases with the increase of Re, but the PEC decreases with the increase of Re.

1. Introduction

Solar power tower system (SPTS) is a primal concentrating solar power, which has many obvious advantages including low average cost and large-scale power generation [1]. The receiver is the key component of the SPTS. There are two main kinds of receivers used to SPTS: volumetric receiver and tubular receiver. The tubular receiver can well bear pressure and high temperature, and is applicable to various heat transfer fluid (HTF), such as water/steam, liquid metal, and molten salt.

5. Conclusion

In this paper, a numerical investigation was carried to study the heat transfer enhancement in a central receiver tube partially or completely filled with porous medium. The effects of some parameters of porous medium (H, λs, ε) and the Re on the thermal and thermo-hydraulic performance were also discussed. The following conclusions can be made.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

بهینه سازی پیکربندی گیرنده لوله ای مرکزی با نصب محیط متخلخل برای افزایش انتقال حرارت

Optimization of Porous Insert Configuration in a central Receiver Tube for Heat Transfer Enhancement

افزایش انتقال حرارت با استفاده از نانوسیالات در سیستم خنک کننده خودرو

Heat transfer enhancement using nanofluids in an automotive cooling system

چکیده

1- مقدمه

2- کار آزمایشگاهی

2-1 روند و مراحل کار آزمایشگاهی

2-2 جمع‌آوری داده‌های تجربی

3- نتایج و بحث

طراحی انجام آزمایش و تحلیل داده‌ها

ANOVA برای عدد ناسلت

اثرات اصلی پارامترها بر روی عدد ناسلت

4- نتیجه‌گیری

چکیده

افزایش تقاضا برای استفاده از نانوسیال‌ها در کاربردهای صنعتی سبب توجه بیشتر بسیاری از محققان شده است. در این مطالعه، بررسی افزایش انتقال حرارت با استفاده از نانوپودرهای معلق TiO2 و SiO2 در آب خالص انجام شده است. آزمایش بر روی رادیاتور یک ماشین انجام می‌گیرد و اثرات افزایش انتقال حرارت در جریان آرام برای شرایط عملیاتی مختلف بررسی می‌شود. نرخ جریان حجمی، دمای ورودی و غلظت حجمی نانوذرات به ترتیب در محدوده‌ی 2-8 LPM، 60 الی 80 درجه سانتیگراد و 1 الی 2% بوده است. نتايج نشان داد که عدد ناسلت با افزایش نرخ جريان حجمي، دماي ورودي و غلظت حجمی نانوسيال افزايش یافته است. معادله‌ی رگرسيون براي ورودي (نرخ جريان حجمي، دماي ورودي و غلظت حجمی نانوسيال) و پاسخ (عدد نسالت) به‌دست آمده است. نتایج حاصل از بررسی نشان می‌دهد که پارامترهای ورودی تأثیر قابل توجهی بر افزایش انتقال حرارت در رادیاتور ماشین دارند. این نتایج تجربی با نتایج سایر محققان مطابقت خوبی دارد و این نتایج تنها 4% با هم اختلاف دارند.

4- نتیجه‌گیری

در این مطالعه، اثر افزایش انتقال حرارت جابجایی اجباری به وسیله‌ی ذرات معلق TiO2-W و SiO2-W در آب به‌عنوان سیال پایه در داخل لوله‌ی مسطح مسی در یک سیستم خنک‌کننده‌ی اتومبیل مورد بررسی قرار گرفته است. مشاهده گردید که انتقال حرارت با زیاد شدن غلظت نانوذرات افزایش پیدا می‌کند.حداکثر عدد ناسلت برای نانوسیال TiO2-W و SiO2-W به ترتیب 11% و 5/22% افزایش پیدا کرد. نتایج تجربی نشان می‌دهد که رفتار عدد ناسلت در نانوسیال تاحد زیادی بستگی به نرخ جریان حجمی، دمای ورودی و کسر حجمی نانوسیال دارد. بررسی نتایج همچنین بیانگر این واقعیت است که نانوسیال SiO2-W انتقال حرارت بیشتری از نانوسیال TiO2-W تولید می‌کند؛ از سویی دیگر، افزایش انتقال حرارت در نانوسیال TiO2-W بیشتر از آب خالص است. نتایج به‌دست آمده، همچنین نشان می‌دهد که نانوسیال TiO2-W و SiO2-W دارای پتانسیل بیشتری برای افزایش انتقال حرارت هستند و برای فرآیندهای صنعتی و عملی کارآیی بیشتری دارند. پارمترهای ورودی و خروجی برای مدل آماری مولفه‌های سیستم خنک‌کننده به‌دست آمده است. این مدل با استفاده از نرم‌افزار آماری که از روش رگرسیون خطی چندگانه و روش فاکتوریل (FM) بهره می‌برد، حاصل شده است. مدل‌های آماری تعریفی از میزان تأثیر نرخ جریان حجمی، دمای ورودی و کسر حجمی بر روی عدد ناسلت ارائه می‌دهند. بیشترین انتقال حرارت در سیستم خنک‌کننده می‌تواند با استفاده از مقادیر پارمترهایی که سبب تولید بیشترین عدد ناسلت شده‌اند، حاصل شود. مشاهده شده است که بیشترین انتقال حرارت با استفاده از TiO2-W و SiO2-W در سیستم خنک‌کننده همخوانی قابل قبولی با داده‌های تجربی گزارش شده توسط مرجع ]24، 25[ دارد و این نتایج با داداه‌های مرجع ]22[ تقریبا فقط 2 الی 4 درصد انحراف دارد.

Abstract

The increasing demand of nanofluids in industrial applications has led to increased attention from many researchers. In this paper, heat transfer enhancement using TiO2 and SiO2 nanopowders suspended in pure water is presented. The test setup includes a car radiator, and the effects on heat transfer enhancement under the operating conditions are analyzed under laminar flow conditions. The volume flow rate, inlet temperature and nanofluid volume concentration are in the range of 2–8 LPM, 60–80 °C and 1–2% respectively. The results showed that the Nusselt number increased with volume flow rate and slightly increased with inlet temperature and nanofluid volume concentration. The regression equation for input (volume flow rate, inlet temperature and nanofluid volume concentration) and response (Nusselt number) was found. The results of the analysis indicated that significant input parameters to enhance heat transfer with car radiator. These experimental results were found to be in good agreement with other researchers’ data, with a deviation of only approximately 4%.

4- Conclusions

The forced convection heat transfer enhancement by TiO2 and SiO2 suspended in water as a base fluid inside the flat copper tubes of an automotive cooling system has been measured. Significant heat transfer enhancement was observed and was associated with the concentration of the nanoparticles. Maximum Nusselt number enhancements of up to 11% and 22.5% were obtained for TiO2 and SiO2 nanoparticles, respectively, in water. The experimental results showed that the Nusselt number behaviors of the nanofluids highly depended on the volume flow rate, inlet temperature and nanofluid volume concentration. The results showed that the SiO2 nanofluid produces a higher heat transfer enhancement than the TiO2 nanofluid; likewise, TiO2 nanofluid enhanced heat transfer more than pure water. The results also proved that TiO2 and SiO2 nanofluid have a high potential for heat transfer enhancement and are highly appropriate for industrial and practical applications. The input and output parameters have been tabulated to develop statistical models of cooling system components. These models have been obtained from statistical software using multiple linear regression methods and factorial methodology (FM). The statistical models deduced defined the degree of influence of the volume flow rate, inlet temperature and volume concentration on the Nusselt number. Significant heat transfer augmentation of the cooling system may be achieved by using the highest values of parameters that produce high values of the Nusselt number. The observed heat-transfer enhancements using TiO2–W and SiO2–W in the cooling system were in good agreement with the experimental data reported by [24,25] and correlate with that of [22] with a deviation of approximately 2–4%.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

افزایش انتقال حرارت با استفاده از نانوسیالات در سیستم خنک کننده خودرو

Heat transfer enhancement using nanofluids in an automotive cooling system