بررسي عددي تاثير خواص ترموفيزيكي نانو سيال بر جريان سيال و انتقال حرارت در يك لوله در حضور ميدان مغناطيسي

Numerical investigation of the effect of thermophysical properties of nanofluid on fluid flow and heat transfer in a tube in presence of magnetic field

در اين مطالعه، جريان هيدروديناميكي و انتقال حرارت در يك لوله افقي صاف نيمه‌عايق، تحت انتقال حرارت جابجايي اجباري با شار حرارتي ثابت در حضور ميدان مغناطيسي به صورت عددي مورد بررسي قرارگرفته‌است. در نتيجه، اثرات تغييرات چگالي، ظرفيت حرارتي ويژه، ضريب هدايت حرارتي و ويسكوزيته سيال وابسته به دما بر مشخصههاي اصطكاكي جريان و ضريب انتقال حرارت موضعي و متوسط مورد مطالعه قرارگرفته‌است. ابتدا به منظور اعتبارسنجي، نتايج عددي حاضر با نتايج تحليلي و همچنين نتايج تجربي در يك لوله صاف تحت شار حرارتي ثابت مقايسه شده كه از تطابق مطلوبي برخوردار مي‌باشد. نتايج نشان مي‌دهد كه اختلاف چشمگيري بين نتايج خواص ثابت و خواص متغير براي سيال روغن ترانسفورماتور وجود دارد. تغييرات پروفيل سرعت سيال، منجر به تغيير در مشخصه‌هاي سيال از جمله ضريب اصطكاك و ضريب انتقال حرارت شده‌است. با درنظرگرفتن تغييرات پارامترها نسبت به خواص ثابت مشاهده شد كه ويسكوزيته سيال پايه و نانو سيال به ترتيب با تقريب 30 و 25 درصد افزايش در ضريب انتقال حرارت و ضريب اصطكاك ظاهري نسبت به خواص ثابت، بيشينه اثرگذاري را دارد. با وجود وابستگي خواص حرارتي نانو سيال به ويسكوزيته وابسته به دما، تغيير ضريب هدايت حرارتي منجر به افزايش 35 درصدي ضريب انتقال حرارت در حضور ميدان مغناطيسي شده‌ است.

In this paper, flow characteristics and heat transfer in a smooth horizontal pipe subjected to forced heat convection with constant wall heat flux in the presence of magnetohydrodynamic have been computationally analyzed. The effects of temperature-dependent density, specific heat capacity, thermal conductivity, and viscosity on heat transfer and frictional flow characteristics of transformer oil and local and average heat transfer coefficient have been numerically investigated. Firstly, to validate, the present numerical result has been compared with the analytical and experimental results through a smooth pipe, which shows a good agreement. A significant deviation between constant and variable properties has been achieved. Changes in fluid velocity profiles have led to changes in fluid characteristics including coefficient of friction and heat transfer coefficient. By considering the changes in the parameters, it was observed that the viscosity of the base fluid and the nanofluid have the maximum effect with approximately 30 and 25% increase in heat transfer coefficient and apparent friction coefficient relative to the fixed properties, respectively. Despite the dependence of the thermal properties of the nanofluid on temperature-dependent viscosity, the change in thermal conductivity leads to 35% increase in the heat transfer coefficient in the presence of a magnetic field.