شبيه‌سازي عددي انتقال حرارت نانوسيال در يك لوله مجهز به نوار پيچشي با استفاده از مدل دوفازي اويلري- لاگرانژي

Numerical Simulation of Nanofluid Heat Transfer in a Tube Equipped with Twisted Tape Using the Eulerian-Lagrangian Two-Phase Model

امروزه افزايش كارآيي و بهينه‌سازي سيستم‌هاي انرژي از نظر اقتصادي و زيست‌محيطي داراي اهميتي ويژه‌ است. تاكنون روش‌هاي مختلفي براي افزايش انتقال حرارت در سيستم‌هاي حرارتي پيشنهاد شده است كه از آن جمله مي‌توان به استفاده از نانوسيالات و به‌كارگيري انواع مغشوش‌كننده‌هاي جريان سيال اشاره نمود. در مقاله حاضر، به‌كارگيري توأمان نانوسيال و نوارهاي پيچشي به‌منظور ارتقاي ضريب انتقال حرارت به‌صورت عددي بررسي شده است. در شبيه‌سازي عددي از يك مدل دوفازي اويلري- لاگرانژي استفاده شده است. همچنين، مدل‌هاي مختلف آشفتگي براي شبيه‌سازي آشفتگي سيال مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان داد كه افزايش كسر حجمي نانوذرات، كاهش نسبت پيچش و افزايش عدد رينولدز منجر به افزايش انتقال حرارت مي‌شود. با كاهش نسبت پيچش از 15 به 5، مقدار انتقال حرارت از 8 تا 16% افزايش مي‌يابد. با افزايش عدد رينولدز از 10000 به 20000، اختلاف دماي حداكثر مقاطع تا 4/5% كاهش را نشان مي‌دهد. همچنين، مشاهده شد كه با حركت به سمت پايين‌دست جريان، مقدار اختلاف دماي حداكثر مقاطع كاهش مي‌يابد. افزايش انتقال حرارت با حركت بيشتر سيال و افزايش اثرات بيشتر نوار پيچشي به ‌سمت پايين‌دست از دلايل اين كاهش هستند.

Today, increasing the efficiency and optimization of energy systems in terms of economic and environmental conditions is of particular importance. So far, several methods have been proposed to increase the heat transfer in thermal systems, including the use of nanofluids and types of fluid flow turbulators. In this research, the application of both nanofluid and twisted tape to improve the heat transfer coefficient were numerically investigated. Different turbulence models were used to simulate fluid turbulence. The results showed that increasing the nanoparticle volume fraction, reducing the twisting ratio, and increasing the Reynolds number resulted in an increase in heat transfer. By reducing the twisting ratio from 15 to 5, the heat transfer rate increases from 8-16%. With rising Reynolds number from 10,000 to 20,000, maximum temperature differences decreases by 4.5%. Moving downstream of the flow, the difference between the maximum temperature of the sections decreases. Increasing the heat transfer and intensifying the effects of the twisted tape to downward are the reasons for this decline.