| بررسی تأثیر نوع، غلظت و اندازه نانو ذرات بر ضرایب انتقال حرارت نانو سیالات | |
| تعداد صفحات | ۸۴ |
| نوع فایل | word |
| حجم فایل | ۳٫۴۸ Mb |
بررسی تأثیر نوع، غلظت و اندازه نانو ذرات بر ضرایب انتقال حرارت نانو سیالات
در این قسمت پروژه با موضوع بررسی تأثیر نوع، غلظت و اندازه نانو ذرات بر ضرایب انتقال حرارت نانو سیالات به صورت فایل word برای دانلود ارائه شده است.
قسمتی از متن پروژه در زیر نشان داده شده است. معادلات در متن اصلی پروژه نشان داده شده اند.
چکیده
مبدل‌های حرارتی اجزای مهمی در صنایع مختلف هستند. افزایش راندمان و بهبود مصرف انرژی در صنایع همواره مورد توجه محققان بوده است. بهبود انتقال حرارت در سیستم‌های گرمایشی و سرمایشی نیز از این قاعده مستثنا نیست؛ بنابراین تحقیقات گسترده‌ای برای استفاده از سیالات جایگزین بجای سیالات متداول که بتواند خواص حرارتی مناسب‌تری را بروز دهد، انجام شده است. نانو سیال ترکیبی است که با افزودن ذرات در مقیاس نانو (۱۰۰ نانومتر) به یک سیال پایه با هدف بهبود انتقال حرارت حاصل می‌شود. یکی از کاربردهای نانو سیالات، استفاده در سیستم‌های انتقال حرارتی مانند مبدل‌های حرارتی و رادیاتور اتومبیل می‌باشد. این نانو سیالات باید دارای توانایی بالای انتقال حرارت و در برخی موارد عایق الکتریکی باشند. نانو سیالات دارای ضریب هدایت حرارتی و جابجایی بالاتری نسبت به سیالات معمولی هستند که باعث شده است کاربرد آنها در مبدل‌های حرارتی علاوه بر صرفه‌جویی در مصرف انرژی، باعث کاهش ابعاد مبدل و افزایش راندمان آنها شود. در این کار، اثرات افزودن نانو ذرات به سیال پایه بر مبدل‌های حرارتی مورد بررسی قرار گرفته است. خصوصیاتی مانند ضریب انتقال حرارت هدایتی، ویسکوزیته، ظرفیت گرمایی و دانسیته بررسی شده‌اند. یک مبدل پوسته و لوله برای این کار انتخاب شده است. نتایج حاصل از این بررسی نشان داده‌اند که نوع نانوذره مورد استفاده تأثیر بسزایی در میزان انتقال حرارت دارد و ماده بهینه در سیستم¬های مختلف، متفاوت است و بسته به ماهیت سیستم باید انتخاب گردد. با افزایش غلظت نانوسیال، انتقال حرارت در نانو سیالات افزایش می‌یابد که این افزایش انتقال حرارت تا نقطه غلظت بهینه ادامه دارد و پس از آن کاهش در میزان انتقال حرارت مشاهده خواهد شد. با کاهش اندازه نانو ذرات، انتقال حرارت در نانو سیالات افزایش می‌یابد که این افزایش انتقال حرارت تا اندازه بهینه ذرات ادامه دارد و پس از آن کاهش در میزان انتقال حرارت مشاهده خواهد شد. میزان انتقال حرارت در نانو ذرات با اندازه کوچک‌تر به علت افزایش سطح تماس ذرات خواهد بود.
مقدمه
مبدل‌های حرارتی وسایلی هستند که جریانی از انرژی حرارتی را بین دو یا چند سیال در دماهای مختلف برقرار می‌کنند و وظیفه تبادل حرارت را به عهده دارند. این تجهیزات در صنایع تولید برق، صنایع فرایندی، صنایع شیمیایی و غذایی، تجهیزات الکترونیکی، صنایع تولیدی، تهویه مطبوع، سرمایش و کاربردهای فضایی استفاده می‌شوند. در صنعت حمل و نقل، خنک کاری یک موضوع حیاتی است، زیرا که روند پیش رو در افزایش قدرت موتورها و یا خودروهای هیبرید، ناگزیر از بکارگیری رادیاتورهای بزرگ‌تر و در نتیجه سطح پیشانی بیشتر است که باعث افزایش نیروی پسا و مصرف سوخت بالاتر می‌گردد.
توجه به‌صرفه جویی در مصرف مواد، فضا، انرژی و اقتصاد جهانی، منجر به گسترش تلاش‌هایی برای تولید تجهیزات مبدل‌های حرارتی پربازده‌تر در جهت کاهش هزینه‌ها شده است. نتیجه این تلاش‌ها کاهش ابعاد فیزیکی این تجهیزات برای یک ظرفیت حرارتی مشخص می‌باشد. بنابراین اصلی‌ترین اهداف هیدرولیکی- حرارتی، کاهش ابعاد یک مبدل حرارتی مورد نیاز برای یک ظرفیت حرارتی مشخص، افزایش ظرفیت و عملکرد یک مبدل حرارتی موجود با اختلاف دمای کوچک‌تر یا کاهش قدرت پمپ می‌باشد.
مبانی افزایش انتقال حرارت
در مبدل‌های حرارتی بسته به کاربرد، صفحات انتقال حرارت ساده یا افزایشی استفاده می‌شود. سطوح افزایش یافته حرارتی هندسه خاصی دارند که حاصل‌ضرب hA بیشتری نسبت به سطوح ساده فراهم می‌کند. در صنعت خودرو و تبرید، معمولاً سطوح افزایشی در مبدل‌های حرارتی استفاده می‌شود. همچنین در صنایع فرایندی و در تجهیزات پزشکی نیز سعی در استفاده از سطوح انتقال حرارت افزایشی در مبدل‌های حرارتی می‌باشد.
حرارت انتقال یافته بین یک دیواره و سیال توسط رابطه زیر تعیین می‌شود:
که در این رابطه Tw دمای دیواره و Tf دمای بالک سیال است.
نسبت مقدار hA برای یک صفحه افزایشی به مقدار این عبارت برای یک صفحه ساده، توسط نسبت افزایش به‌صورت زیر تعیین می‌شود:
چندین روش جهت افزایش hA وجود دارد:
– افزایش ضریب انتقال حرارت جابجایی بدون افزایش محسوس در مساحت صفحه
– افزایش مساحت صفحه بدون تغییر محسوس در ضریب انتقال حرارت جابجایی
– افزایش توأم ضریب انتقال حرارت جابجایی و مساحت صفحه
روش‌های عملی مختلفی برای افزایش حاصلظرب hA و به دنبال آن انتقال حرارت وجود دارد که در ادامه توضیح مختصری از آنها آورده شده است.
مکانیزم¬های افزایش انتقال حرارت
به عقیده محققین، مکانیزم¬های افزایش انتقال حرارت، می‌توانند حداقل یکی از موارد زیر باشند:
۱) استفاده از یک سطح انتقال حرارت ثانویه
۲) اختلال سرعت سیال افزایش نیافته
۳) برهم زدن زیر لایه آرام در لایه مرزی آشفته
۴) ایجاد جریان‌های ثانویه
۵) ارتقای جدایی لایه مرزی
۶) ارتقای اتصال مجدد جریان
۷) افزایش هدایت حرارتی مؤثر سیال، تحت شرایط استاتیکی
۸) افزایش هدایت حرارتی مؤثر سیال، تحت شرایط دینامیکی
۹) به تعویق انداختن توسعه لايه مرزی
۱۰) پخش حرارتی
۱۱) افزایش مرتبه مولکول‌های سیال
۱۲) توزیع مجدد جریان
۱۳) اصلاح خاصيت تابشی محیط جابه‌جایی
۱۴) افزایش اختلاف بین دماهای سطح و سیال
۱۵) افزایش نرخ جریان سیال به‌صورت غیر فعال
۱۶) افزایش هدایت حرارتی فاز جامد با استفاده از تولیدات خاص نانوتکنولوژی
روش‌های افزایش انتقال حرارت
مطابق دسته‌بندی کاکاش و همکاران [۱] و همچنین وب و همکاران [۲] روش‌های مختلفی برای افزایش انتقال حرارت وجود دارد که در سه گروه طبقه‌بندی می‌شوند:
الف) روش‌های فعال
ب) روش‌های غیرفعال
ج) روش‌های ترکیبی
در روش‌های فعال اعمال یک نیروی خارجی بر صفحه الزامی است (لرزش صفحه، میدان صوتی یا الکتریکی)، درحالی‌که در روش‌های غیرفعال از هندسه‌های خاص صفحه یا مواد افزودنی برای افزایش انتقال حرارت استفاده می‌شود.
با تغییر هندسه جریان، شرایط مرزی یا با افزایش هدایت حرارتی سیال انتقال حرارت همرفتی می‌تواند به‌طور قابل ملاحظه‌ای افزایش یابد. تکنیک‌های مختلفی برای افزایش عملکرد انتقال حرارت مایعات ارائه شده است. محققان سعی کرده‌اند با تعلیق ذرات جامد با اندازه میکرو یا بزرگ‌تر در مایعات، هدایت حرارتی مایعات پایه را افزایش دهند، زیرا هدایت حرارتی مواد جامد به‌طورمعمول بالاتر از مایعات است، همان‌طور كه در جدول ۱ مشاهده می‌شود [۳].
فهرست مطالب
فصل اول مقدمه ۱
۱-۱- مقدمه ۲
۱-۲- مبانی افزایش انتقال حرارت ۲
۱-۳- مکانیزمهای افزایش انتقال حرارت ۳
۱-۴- روش‌های افزایش انتقال حرارت ۴
فصل دوم نانوسیال ۷
۲-۱- نانو سیال ۸
۲-۲- تاریخچه ۸
۲-۳- مزایای نانو سیال ۱۰
۲-۳-۱- افزایش انتقال حرارت ۱۰
۲-۳-۲- پایداری ۱۰
۲-۳-۳- کاهش گرفتگی و انسداد مجاری ۱۰
۲-۳-۴- کاهش اندازه سیستم‌های انتقال حرارت ۱۰
۲-۴- خواص ترموفیزیکی نانو سیالات و اعداد بدون بعد ۱۰
۲-۴-۱- خواص ترموفیزیکی نانو سیالات ۱۱
۲-۴-۲- اعداد بدون بعد ۱۱
۲-۵- تهیه نانو سیال ۱۴
۲-۵-۱- روش دومرحله‌ای ۱۶
۲-۵-۲- روش تک‌مرحله‌ای ۱۶
۲-۶- پایداری نانوسیال ۱۷
۲-۶-۱- علل ناپایداری ۱۸
۲-۶-۲- روش‌هایی برای تقویت پایداری ۱۸
فصل سوم بهبود انتقال حرارت نانو سیالات ۲۳
۳-۱- انتقال حرارت در نانوسیال ۲۴
۳-۱-۱- انتقال حرارت هدایتی در نانو سیال ۲۴
۳-۱-۲- انتقال حرارت جابجایی در نانو سیال ۲۵
۳-۲- بهبود هدایت حرارتی در نانو سیالات ۲۵
۳-۳- بررسی مکانیزمهای مؤثر در افزایش ضریب هدایت نانوسیال ۲۶
۳-۳-۱- تأثیر لایه بین وجهين و ضخامت آن ۲۶
۳-۳-۲- تأثیر خوشه‌ای شدن نانو ذرات ۲۶
۳-۳-۳- شکل هندسی و اندازه نانو ذرات ۲۷
فصل چهارم اثر پارامترهای مختلف بر انتقال حرارت نانو سیالات ۳۰
۴-۱- مقدمه ۳۱
۴-۲- نوع نانو ذرات ۳۱
۴-۳- غلظت نانو ذرات ۳۹
۴-۴- اندازه نانو ذرات ۴۶
۴-۵- اثر دما بر ضریب هدایت حرارتی نانو سیال ۵۲
۴-۶- اثر pH ۵۳
۴-۷- اثر ماده فعال سطحی ۵۴
۴-۸- اثر نوع سیال پایه بر ضریب هدایت حرارتی نانو سیال ۵۵
فصل پنجم طراحی حرارتی ۵۶
۵-۱- مقدمه ۵۷
۵-۲- ضریب انتقال حرارت هدایتی ۵۷
۵-۳- ویسکوزیته نانوسیال ۵۹
۵-۴- دانسیته نانوسیال ۶۱
۵-۵- ظرفیت حرارتی نانوسیال ۶۲
۵-۶- اثر نانوسیال بر انتقال حرارت در یک مبدل پوسته – لوله ۶۴
فصل ششم نتیجه‌گیری ۷۲
منابع ۷۵
| بررسی تأثیر نوع، غلظت و اندازه نانو ذرات بر ضرایب انتقال حرارت نانو سیالات | |
| تعداد صفحات | ۸۴ |
| نوع فایل | word |
| حجم فایل | ۳٫۴۸ Mb |