رفعت محمدی

دراین پایان نامه عملکرد یک مبدل حرارتی پوسته و لوله به صورت سه بعدی شبیه سازی شد و تاثیر استفاده از نانوسیال بر عملکرد هیدرولیکی و حرارتی آن مورد مطالعه قرار گرفت. عملکرد مبدل حرارتی از دیدگاه قانون دوم ترمودینامیک نیز بررسی و تاثیر استفاده از نانوسیال بر تولید آنتروپی مشخص شد. شبیه سازی با روش عددی حجم محدود و در نرم افزار فلوئنت انجام شد. برای مدل سازی جریان نانوسیال، از روش دوفازی استفاده شد که نسبت به روش تک فاز، دقت بالاتری در پیش بینی جریان نانوسیال دارد. مقایسه نتایج به دست آمده با نتایج تجربی موجود نشان داد که بیشترین اختلاف نتایج در پیش بینی دمای خروجی 7 درصد و در محاسبه افت فشار 4 درصد است. تاثیر تغییر مسیر حرکت نانوسیال، جنس نانوسیال و غلظت نانوسیال بر عملکرد هیدرولیکی و حرارتی آن در دبی های مختلف مورد مطالعه قرار گرفت. از اکسید آلومینا، اکسید مس و اکسید تیتانیوم در غلظت یک و دو درصد با سیال پایه آب به عنوان نانوسیال استفاده شد. هدایت حرارتی مؤثر و لزجت مؤثر به صورت متغیر با دما در نظر گرفته شد. با استفاده از نانوسیال آلومینا و تغییر مسیر جریان نانوسیال از پوسته به لوله در دبی های مختلف، مقدار تولید آنتروپی از محدوده 12 وات بر کلوین به 6 وات بر کلوین رسید. با تغییر مسیر نانوسیال از پوسته به لوله مقادیر افت فشار در پوسته نیز با افزایش دبی کاهش چشم گیری پیدا کرد و در دبی 69/0 کیلوگرم بر ثانیه نانوسیال تا 65٪ کم شد. پس از انتخاب لوله به عنوان مسیر بهینه برای جریان نانوسیال، تأثیر جنس و غلظت نانوذرات بر عملکرد مبدل حرارتی بررسی شد. نانوسیال آلومینا با غلظت 2٪ دارای بیشترین انتقال حرارت (8/23کیلووات) و در نتیجه کمترین دمای خروجی سیال گرم و بیشترین دمای خروجی سیال سرد در عدد رینولدز 4182 و دبی34/0 کیلوگرم بر ثانیه نانوسیال در لوله است. بیشترین مقادیر تولید آنتروپی متعلق به نانوسیال آلومینا و کمترین تولید آنتروپی متعلق به نانوسیال اکسید تیتانیوم در غلظت دو درصد است. مقدار تولید آنتروپی برای نانوسیال آلومینا 7 تا 5/8 وات بر کلوین و برای نانوسیال اکسید تیتانیوم 5/3 تا 5/4 وات بر کلوین در غلظت دو درصد است. افزایش غلظت نانوسیال آلومینا از یک تا دو درصد باعث افزایش 16٪ انتقال حرارت و افزایش 14٪ تولید آنتروپی شد.