بررسي تجربي ضريب انتقال حرارت و افت فشار نانوسيال نانولوله‌ كربن-آب تحت بار حرارتي ثابت

Experimental investigation of heat transfer coefficient and pressure drop of carbon nanotubes-water nanofluid under constant heat flux

در اين مطالعه، رفتار انتقال حرارت جابجايي اجباري و افت فشار نانوسيال نانولوله‌هاي كربني چند جداره بر پايه آب ديونيزه در حال جريان از طريق لوله مدور افقي تحت شرايط مرزي بار حرارتي ديواره ثابت به‌صورت تجربي مورد ارزيابي قرار گرفته است. به همين منظور، ابتدا سوسپانسيون آبي همگن نانولوله‌هاي كربني به كمك فعال‌كننده سطحي صمغ عربي در غلظت‌هاي 05/0، 1/0 و 2/0% وزني تهيه شده است. سپس، نانوسيال‌هاي فوق‌الذكر در رژيم جريان آرام و گستره اعداد رينولدز 800 تا 2000 در دستگاه بار حرارتي ثابت مورد آزمايش قرار گرفته است. نتايج نشان داده است كه با افزودن مقدار بسيار كمي از نانولوله‌هاي كربني به آب، ضريب انتقال حرارت جابجايي به ميزان قابل توجهي افزايش مي‌يابد. همچنين با افزايش غلظت نانولوله‌هاي كربني و عدد رينولدز، ضريب انتقال حرارت جابجايي افزايش مي‌يابد. با اين حال، تاثير افزايش غلظت نانولوله‌هاي كربني نسبت به افزايش عدد رينولدز بيشتر بوده است. علاوه بر اين، داده‌هاي افت فشار در غلظت‌ها و اعداد رينولدز مختلف بررسي شده است. در غلظت‌هاي پايين نانولوله‌هاي كربني، مقدار افت فشار در نانوسيالات محتوي نانولوله‌هاي كربني و سيالات پايه تقريباً برابر شده است و اختلاف بين آن‌ها قابل چشم‌پوشي است. در نتيجه توان اضافي براي پمپ نانوسيال نانولوله كربني/ آب در غلظت‌هاي پايين مورد نياز نيست. بيشترين ميزان افزايش ضريب انتقال حرارت 8/42% بوده است كه در رينولدز 2027 و غلظت 2/0% وزني رخ داده است.

In this study, forced convective heat transfer and pressure drop behavior of multi walled carbon nanotubes (CNT)-water nanofluid were evaluated under constant heat flux in a circular tube. For this purpose, first, homogeneous aqueous suspension of CNT using gum Arabic (GA) surfactant was prepared in concentrations 0.05%, 0.1% and 0.2% wt. Then, the above mentioned nanofluids were evaluated in Reynolds number range of 800-2000 under constant heat flux. The results indicate a significant increase in convective heat transfer coefficient of nanofluids with the addition of small amounts of CNT in deionized water. Also, heat transfer coefficient is enhanced with increasing concentration and Reynolds number. However, the effect of increasing concentrations of CNT is higher than the increase in Reynolds number. In addition, the pressure drop data on the different concentrations and Reynolds numbers are also investigated. At low weight concentrations of CNT, the deal of pressure drop of nanofluids containing CNT and base fluids is approximately similar and the gap between them is negligible. This means that no extra pump power is required for low concentration CNT/water nanofluid. The maximum increase in heat transfer coefficient is 42.8%, which occurred at Re=2027, and a concentration of 0.2% wt.