مطالعه عددي انتقال حرارت و افت فشار در جريان اجباري نانوسيال داخل لوله‌‌ دندانه‌دار

Numerical Study of Heat Transfer and Pressure dro‎p in Forced-convection Nanofluid flow through an internally ribbed pipe

انتقال حرارت و افت فشار در جريان نانوسيال آب اكسيد آلومينيم در لوله‌اي با دندانه‌هاي داخلي به صورت عددي مورد مطالعه قرار گرفته است. معادلات حاكم بر جريان آرام سيال تراكم‌ناپذير به همراه روابط مربوط به تغييرات خواص نانوسيال به كمك روش حجم محدود با استفاده از الگوريتم سيمپل حل شده‌اند. اثر پارامترهاي مختلف جريان و همچنين تاثير فاصله بين دندانه‌هاي لوله و كسرحجمي نانوذرات بر انتقال حرارت در اين لوله‌ها مورد مطالعه قرار گرفته است. نتايج بدست آمده نشان مي‌دهد كه با افزايش ميزان نانوذرات در سيال پايه، توسعه‌ يافتگي حرارتي سريعتر اتفاق افتاده و درنتيجه انتقال حرارت افزايش مي‌يابد. مشاهده شد كه افزايش 5 درصدي كسرحجمي نانوذرات، منجر به افزايش عدد نوسلت موضعي نانوسيال به ميزان حداكثر 28 درصد و نوسلت متوسط به ميزان 11 درصد شده است. در همين حالت، ضريب اصطكاك روي ديوار لوله نيز در حدود 1/5 برابر شده است. نتايج همچنين نشان مي‌دهد كه با افزايش پنج برابري فاصله بين دندانه‌هاي داخلي لوله، نوسلت متوسط در عدد رينولدز 100 به ميزان 2/45 برابر افزايش داشته است.

Heat transfer and pressure drop in Al2O3-water nanofluid flow through an internally ribbed pipe is studied numerically. The governing conservation equations in cylindrical coordinates for laminar incompressible flow are solved using well-known SIMPLE algorithm based on finite-volume method. The effects of flow parameters, the distance between the pipe ribs, and the volume fraction of nanoparticles, on heat transfer and friction coefficient are investigated. The obtained results illustrate that increasing nanoparticles volume fraction makes the thermal entrance length decrease, and consequently, the heat transfer gets increased. It also reveals that 5% of increment in nanoparticles volume fraction may lead to 28-percent rise in local Nusselt number and about 11-percent rise in average Nusselt number. In this case, the friction factor will also increase about 1.5 times in comparison with the pure fluid ones. The results also show that increasing the pipe ribs distance by five times in Re=100, will make the average Nusselt number increase by 2.45 times.