بررسي عددي جوشش جرياني نانوسيال در لوله‌ي افقي

Numerical investigation of nanofluid flow boiling in a horizontal tube

با توجه به ضريب انتقال حرارت بالاي جريان‌هاي جوششي نسبت به جريان تك‌فاز، پديده‌ي جوشش مورد توجه بسياري از محققان قرار دارد. از طرفي اثر اضافه‌كردن نانوذرات به سيال پايه‌ي در حال جوشش يكي از موارد مورد بحث اخير مي‌باشد. با وجود آن كه جوشش جرياني نانوسيال‌ها موضوع مطالعات تجربي و عددي متعددي بوده است، مطالعات كمي در رابطه با جوشش جرياني نانوسيال در لوله‌ي افقي وجود دارد. در اين مطالعه، تاثير افزودن نانوذرات اكسيد آلومينيوم (Al2O3) در غلظت‌هاي ۱، ۱/۵ و ۲ درصد، به آب خالص در جوشش جرياني داخل يك لوله‌ي افقي، تحت شار يكنواخت و در دبي جرمي پايين به صورت عددي مورد بررسي قرار گرفته است. شبيه‌سازي عددي با استفاده از نرم‌افزار انسيس فلوئنت ۱۸ انجام شد و براي شبيه‌سازي جريان جوششي از مدل اويلرين و مدل جوشش ديواره‌ي RPI غير تعادلي استفاده شد و حل عددي براي جوشش جرياني آب خالص و جوشش جرياني نانوسيال اكسيد آلومينيوم با استفاده از نتايج موجود در مقالات اعتبارسنجي شد. نتايج نشان مي‌دهد كه با افزايش كسر حجمي نانوذرات، كسر حجمي بخار در طول لوله تا ۸/۶۵ و دماي ميانگين ديواره تا ۰/۶۳ درصد نسبت به آب خالص افزايش يافته است و از طرف ديگر، عدد ناسلت در طول لوله تا ۱۷/۳۳ درصد نسبت به آب خالص كاهش يافته است.

Considering the higher heat transfer coefficient of boiling flows compared to single-phase flow, many researchers have shown an interest in boiling phenomenon. In addition, the effect of adding nanoparticles to a boiling base fluid has been a subject of recent discussions. Nanofluid flow boiling has been the subject of several experimental and numerical researches but only a few of them studied the nanofluid flow boiling in a horizontal tube. In this study, the effect of adding alumina (Al2O3) nanoparticles to pure water on a boiling flow in a horizontal tube under a uniform heat flux at volume fractions of 1, 1.5 and 2 percent have been investigated numerically. The numerical simulation has been done using the ANSYS Fluent 18 software and for the simulation of boiling flow, the Eulerian model and Non-equilibrium RPI model have been used and the numerical simulation has been validated for flow boiling of water and alumina with the data available from the literature. The results showed that by increasing the volume fraction of nanoparticles, vapor volume fraction along the tube as well as wall temperature have been increased up to 8.65% and 0.63%, respectively, compared to pure water; on the other hand, the Nusselt number along the tube experienced a decrease up to 17.33%.