实验研究瞬态的强制对流传热Nanofluid三角管

艾哈迈德·h·阿里¹,Tahseen A.Al-Hattab²

汽车、部门技术学院纳贾夫,伊拉克纳贾夫,
大学电化学工程系巴比伦,巴比伦,伊拉克

文摘

瞬态三维充分发展强制对流层流措/水和Al2O3with恒房地产在水平三角形管已经彻底调查实验。四个不同的雷诺数值(500、1000、1500和2000年),体积分数(0.025,0.05,0.1和0.25)%,和恒热流边界条件应用。结果与理论数据比较文学在稳态条件下,良好的协议。结果出现,传热速率变得更加显著,当采用nanofluid比纯水。同时,增加传热增强与其他粒子体积浓度增加对于一个给定的参数,和相当大的减少耗时稳态条件。温差分布提出了各种无效分数和雷诺数。此外,摩擦系数,介绍了局部和平均努塞尔特数不同雷诺数和纳米颗粒的体积分数。

关键字

三角管、瞬态、强制对流,nanofluid,恒定的热通量,

我的介绍。

传热系数的提高是最重要的一个技术为工业和研究目标。传统水等液体的导热系数低,油、乙二醇等是主要限制使用它。传热速率被动可以提高通过改变流几何,边界条件或通过增强流体热物理性质。

因此近年来,添加悬浮纳米颗粒大小(少于100海里)将提高传热能力,因为这些纳米粒子有一个更好的热性能比纯液体。金属纳米粒子分类主要分为两类,纯物质和氧化物。同时,添加这些纳米颗粒摩擦系数没有影响由于规模小而毫米或微米改变流量剖面造成相当大的压降增加。纳米流体是更适合应用于流体流经小段落为纳米颗粒小到可以表现同样液体分子。

二世。相关的工作

一些研究显示,纳米流体传热系数也可能增加了逾20%的极低的纳米颗粒浓度[1,2]。实际上,这种传热改进的原因,因为热边界层的厚度减少由于纳米颗粒的添加和基地内的任意运动流体(3、4)。

通过增加nanofluid浓度、传热速率增加,因为强化随机运动将增加附加的接口和碰撞率。墙附近的扩散和相对运动的粒子会导致从墙nanofluid快速传热。使用纳米流体增加热对流有一些利润,如[5]:

——在相同的系统效率,减少设备的大小。

——增强传热速率

——减少耗费时间

——减少热装置成本和大小

——提高冷却效率非常小的设备,如微处理器、热管道、巩膜等等。

有一些文章相关调查纳米流体的对流换热,他们中的大多数是基于实验工作。李和宣[6、7]。提供一个实验调查研究摩擦系数和传热系数的铜/水nanofluid 2%体积分数越来越努塞尔特数率(ν当使用nanofluid纯流体)的60%出现在使用nanofluid体积分数2%铜的实验结果。杨et al。[8]调查实验nanofluid对对流换热的影响在水平管式热交换器。一些特定的参数如体积浓度再保险、温度和传热研究了纳米粒子源。结果表明,直接增加传热系数伴随着再保险和粒子孔隙比。

氧化的实验调查nanofluid层流对流换热,在圆管Zeinali等。研究了在恒定热流(9、10)。结果表明,努塞尔特数雷诺数增加,当体积分数增加。Nassan等。阿尔。[11]研究传热特性通过非圆形(广场)截面管层流实验。一个有效的增加对纳米流体对流换热系数的使用。

许多数值研究是通过调查人员。宣,Roetzel的话[12]研究通过添加纳米颗粒传热速率增强。结果发现nanofluid表现得更像一个单相流体,因为不连续阶段包括超细粒子。

zeinali et al。[13]研究了层流flow-forced对流换热的氧化铝/水nanofluid三角管在恒壁温条件下数值。结果表明,努塞尔特数随体积分数增加或减少纳米粒子在同一浓度的大小。阿克巴里等。[14],提出了一个发育完全的层流混合对流在3 d椭圆坐标数值。单相模型在水平和斜管常数进行加热。表明纳米粒子浓度没有影响二次流和轴向速度剖面传热增强实现了纳米流体与基液。

ZeinaliHeris等。[15]给出了数值调查在三个不同的纳米流体的层流强制对流,在正方形截面管道中流动。结果证明了值的粒子浓度增加的主要原因是增加平均传热系数和努塞尔特数。Moghari等[16]估计混合对流的传热层流nanofluid流环。计算结果表明,在给定的再保险和Gr,增加纳米粒子体积分数增加了内部和外墙努塞尔特数。

本研究的主要目的是充分的瞬态行为的调查,层流强制对流与不同浓度的纳米颗粒和雷诺数的传热增强实验。

三世。EXPERMENTAL设置

图(1)显示了实验装置的原理配置考虑。在这个实验中使用的仪器包括一个水库坦克、聚四氟乙烯泵、旁通管,测试区、流量计、冷水电路和电加热电路。的目的使用聚四氟乙烯泵防止纳米粒子与内墙的泵。

两个接收器坦克使用一个用于存储纳米流体和热工作流体离开测试区(10 L)由聚氯乙烯和其他的冷却水系统(20 L)。测试部分是三角形管(15.38毫米)每一方的高度和流动方向(2100毫米)的总长度。计算大量工作流体的温度,两个热电偶(k)的两端插入测试区在实验测量和储存温度。额外的八个相同类型的热电偶安装在管的表面在不同纵向位置。所有热电偶0.1 oc分辨率和校准之前修复它们的测试部分。热电偶导线连接在平行于十二频道SD卡数据记录器(btm - 4208 SD)。SD-RAM储蓄直接实现的数据的过程。旁通的主要任务是控制所需的放电和多余的纳米流体直接回pv坦克。流量计测试区后结束的位置,以避免从聚四氟乙烯泵操作期间产生的波动。管,这被认为是作为一个测试区,加热采用电加热器电路无花果。(2)获得恒壁温。其由一个带加热器(500 W和18米)缠绕管和一个变压器(0 - 220 v和12)根据需要调整加热器输入功率。 A digital Multimeter (DW-6060) is used to measure the heater power. in addition to, A Temperature Regulator is connected in series to an automatically electrical fuse and (J-type) thermocouple soldered on outer tube wall to control the temperature in the desired values with an accuracy of (±0.1%)of the full scale. The triangular tube is thoroughly insulated with glass wool to avoid any heat outflow. The adding heat from the experiment will eliminate by cooling water supplied from cooling system in Fig. (3). Cooling water circuit Consist of Cold water tank, Compressor, plunger pump and double glass heat exchanger in parallel to augment heat transfer efficiency. Besides that, two static pressure taps are located along the side of the test section to measure the pressure drop across the section. throughout every experiment, the Re of the nanofluids and desired temperature were set until steady-state was reached.

聚四氟乙烯泵在操作期间。管,这被认为是作为一个测试区,加热采用电加热器电路无花果。(2)获得恒壁温。其由一个带加热器(500 W和18米)缠绕管和一个变压器(0 - 220 v和12)根据需要调整加热器输入功率。数字万用表(dw - 6060)用于测量加热器功率。此外,温度调节器串联连接到一个自动电子保险丝和外管壁(j)热电偶焊接所需的值来控制温度的准确性(±0.1%)的全面。三角形与玻璃棉管彻底绝缘,避免热量外流。添加实验产生的热量将消除冷却系统的冷却水供应图(3)。冷却水电路由冷水箱、压缩机、柱塞泵和双玻璃换热器并联来增强传热效率。除此之外,两个静压水龙头测试区位于一侧的部分测量压降。在每个实验中,纳米流体的再保险和所需的温度,直到达到稳定状态。

第四,EXPERMENTAL数据分析

诉NANOFLUID准备和验证

纳米流体的制备是关键的第一步将纳米粒子应用于改变传统流体的传热性能。错和氧化铝的物理性质被从制造商数据表,表1中列出。蒸馏水是用于悬浮液中,根据他们的体积和纳米颗粒的当量测量,逐渐加入蒸馏水而激动在瓶。他们被一个机械混合搅拌机(Stuart SS10),三十分钟。适当的混合,至关重要,因为它提供了一个良好的分散和pre-stabilization粒子,除了减少耗时完全稳定。悬浊液受到超声波振动(Elmasonic P180H) 95%的力量和40 kHz 60 - 90分钟获得均匀的悬浮液和崩溃的大城市群。这准备nanofluid准备使用后在实验测试循环的读数。

初步测试的一致性和精度设置本水作为工作流体在纳米流体进行实验之前执行。图(4)显示实验结果与Zeinali et al。[13]。下图表示努塞尔特数的比较值计算数值的确定值从目前的工作。

VI。NANOFLUID的属性

计算流场,物理和纳米流体的热性质如密度、比热、导热系数和粘度应该首先确定基于单相模型。所有必要的水和纳米粒子的属性表(1)所示。

七世。结果与讨论

传热测试进行纳米流体在不同体积分数对氧化铝和措(0.025%、0.05%、0.1% and0.25%和每个实验至少重复两次。直接读取温度沿轴向方向的管道和记录瞬间的时间。图(5和6)显示的温度与时间不同的价值观和行为类型的(),雷诺数,轴向距离在时间。从数字(5和6)可以观察到表面温度迅速增加实验开始时开始。传热进行了测试在纳米流体在不同体积分数对氧化铝和措(0.025%、0.05%、0.1% and0.25%和每个实验至少重复两次。直接读取温度沿轴向方向的管道和记录瞬间的时间。图(5和6)显示的温度与时间不同的价值观和行为类型的(),雷诺数,轴向距离在时间。从数字(5和6)可以观察到表面温度迅速增加实验开始时开始。这是

因为区别初始壁温高,生成的应用热通量和热源之间的直接接触和管道的外表面。雷竞技网页版温度概要图(5)和(6)显示随时间逐渐降低的温度分布。此外,温度分布是不相称的,()的价值。这个事实可以清楚的看到由于低雷诺数较低的流体速度。

减少热量的大量增加在墙上可以解释由于持续影响和反映了粒子与墙在运动。粒子本身传达出少量的热量大部分的一切,把它收回去。这个semi-repeated过程原因继续从duct-wall传热流体。值得提及,添加少量的纳米颗粒传热流体将显著增加。此外,图(5)和(6)提供一个证明增加热流只有固定其他参数引起的增加(Tw)。

图(7)和(8)显示实验结果为当地努塞尔特数的变化对通道的长度恒定。流启动时,墙和nanofluid温度之间的差异最大,因此,ν是最大的。之后,温度持续的差异变得越来越小直到温差来固定值代表了稳态条件。一般来说,对纳米流体类型ν随数量的增加而成正比增加加载粒子与流体比较基础。这个事实是由于以下。首先,nanofluid暂停纳米颗粒混合物的导热系数增加。

其次,大量的能量交换过程产生的混沌运动的纳米颗粒。增加的影响()出口和入口温度的区别(Tout-Tin)各种热通量和雷诺数在稳定状态呈现在图(9)。as图(9)所示,增加的传热影响明显减少粒子加载。效应,解释了这种粒子的存在,这一事实导致混合物的热性能变得更加重要。显然可以看出热转变nanofluid高于基液(水)在给定热流。

颗粒浓度对摩擦系数的影响提出了图(10)为不同的再保险。通常情况下,给出了摩擦系数随着总压降比高聚能导弹落损失。摩擦系数(f)略有增加()除了流速和雷诺数的增加。在低流速,摩擦系数与压降,因为直接相关的动力——能量损失很小。如果流率高和粒子加载大,动能,成为重要的能源损失,为此,摩擦系数会下降。有两个主要原因导致上述结果,根据事实,纳米颗粒添加量较小,除了超细粒子的大小表现为基液。

八世。结论

模型进行了模拟瞬态强制对流的流动CuO-water和AL2O3-water nanofluid在水平三角形管对不同雷诺数和纳米颗粒的空隙分数。结果表明在给定的雷诺数、固体浓度对传热增强正影响。同样,有一个在传热特性增强,时间转换成流体稳态低于基地。此外,平均努塞尔特数是高度对空隙率的依赖。比较橡皮CuO-water比氧化铝的热转换过程在同一条件。应该是明显的,额外的工作需要熟练为了理解的主要现象使用纳米流体在层流流态热增加。

命名法

Cp定压比热容

Dh水力直径

h传热系数

k的热导率

L管长度

ν努塞尔特数

p压力

q热通量

()固体体积分数

μ动态粘度

密度ρ

下标

男朋友散装液体

在入口

w墙

P粒子

nf Nanofluid

再保险雷诺数

T温度

t时间

希腊符号

α热扩散率

x当地位置

o出口

缩写

瑞士法郎恒定热流

党卫军稳态

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