بررسي عددي تاثير نانو ذرات بر افزايش انتقال گرما در فيلم تقطير روي يك استوانه افقي

Numerical Investigation of Nanoparticles Effect on Heat Transfer Enhancement in Film Condensation on a Horizontal Cylinder

در اين مقاله، يك حل تشابهي براي محاسبه انتقال گرما در تقطير لايه‌اي نانوسيال روي يك استوانه‌ افقي ارائه شده است. مشاهدات تجربي گذشته نشان مي‌دهد كه نانو ذرات با بخارات سيال پايه در اواپراتور همراه شده و در فيلم تقطير تشكيل شده در كندانسور حضور دارند. به دليل نقش مهم نانو ذرات در افزايش انتقال گرما از فيلم تقطير، در اين مقاله به بررسي عددي اين پديده پرداخته‌ مي‌شود. اثر تغيير زاويه روي سطح استوانه، عدد جاكوب، تغيير در كسرحجمي نانو ذرات و استفاده از نانوسيال‌هاي مختلف، بر پروفيل سرعت، دما و عدد نوسلت بررسي شده است. نتايج نشان مي‌دهد كه با حضور نانو ذرات آلومينا و اكسيد‌تيتانيوم در سيال پايه آب، ضريب انتقال گرماي جابجايي در لايه تقطير افزايش مي‌يابد؛ ولي در مورد نانوذرات‌ مس و نقره، انتقال گرماي رسانشي غالب است و بنابراين عدد نوسلت كاهش پيدا مي‌كند. مي‌توان ديد كه اثر عبارت‌هاي جابجايي با فاصله گرفتن از نقطه سكون بالايي تا زاويه 90 درجه، افزايش يافته و پس از آن تا نقطه‌ سكون پاييني كاهش پيدا مي‌كند. همچنين با كم شدن شعاع استوانه انتقال گرماي همرفت به صورت قابل توجهي كاهش مي‌يابد. بر اساس نتايج به دست آمده مي‌توان گفت كه نظريه نوسلت تنها در اعداد جاكوب پايين مي‌تواند جواب قابل قبولي ارائه دهد.

In this paper, a similarity solution is presented to obtain the rate of heat transfer in nanofluid film condensation on a horizontal cylinder. Recent experimental observations show that the nanoparticles follow the base fluid vapor in evaporator and also attend in the condensate film in the condenser. Due to the significant effect of nanoparticles on heat transfer enhancement in the condensate film, this phenomenon is studied numerically in this paper. The effects of circumferential change, Jacob number, volume fraction of nanoparticles and different types of nanofluids on the velocity and temperature profiles, as well as Nusselt number are investigated. The results show that with Alumina and TiO2 nanoparticles in the base fluid, convective heat transfer coefficient in condensate film increases, while in the case of Cu and Ag nanoparticles, conductive heat transfer is dominant and in effect, Nusselt number decreases. It is found that far from upper stagnation point up to the angle 90o, the role of convective terms increases and right after, decreases up to lower stagnation point. Also convective heat transfer descends as the cylinder radius is reduced. According to the obtained results, one can say that only in low Jacob numbers, the Nusselt theory results in acceptable results.