Modeling of effect of nanoparticle shape on heat transfer of nanofluids in two phase flow

Aminian, Mohammadreza (2017) Modeling of effect of nanoparticle shape on heat transfer of nanofluids in two phase flow. Masters thesis, University of Mohaghegh Ardabili.

[img]
Preview
Text (مدلسازی اثر شکل نانوذرات روی انتقال حرارت نانوسیالات در جریان دو فازی)
Mohammadreza Aminian.pdf

Download (1MB) | Preview
Official URL: http://www.uma.ac.ir

Abstract

The use of nanoparticles in thermal systems improves the performance and reduces the size of the systems. The development of nanofluids requires proper cognition and understanding of their behavior and the effective parameters. The type of base fluid and nanoparticle, the volume fraction of nanoparticles, the shape and diameter of nanoparticles, etc. are some of the influential parameters in the current of nanofluids which can be mentioned. In this study, parameters such as nanofluid flow regime, composition percentage of nanoparticle, nanoparticle type and pipe placement according to the effect of nanoparticle shape on the thermal transfer performance of the nanofluids system using a two-phase mixture model were discussed and numerically investigated. In the first part, which included a general study of the effect of nanoparticle shape on thermal performance and characteristics of nanofluids flow, the results showed that by increasing Reynolds number and volume fraction of nanoparticles, the heat transfer coefficient and Nusselt number increase for nanoparticles with different shape of nanoparticles and however, the incremental trend decreases for nanofluids with the nanoparticles shape of platelet, cylindrical, blade, brick and ultimately spherical nanoparticles, respectively. Also, the pressure drop and the coefficient of friction as the features of the nanofluid flow can change by the change of shape and increasing the Reynolds number, which tends increase for the pressure drop and decreases for the coefficient of friction. In the second part, the effect of the nanoparticles type was investigated, which results showed that nanofluids containing copper oxide had better performance than nanofluids containing aluminum oxide, but this advantage, under the working conditions of the Reynolds number of less than 1500, in the different volume fractions for nanofluids containing nanoparticles with a platelets aluminum oxide, can have a reverse ratio compared to nanoparticles containing copper oxide nanoparticles with a spherical shape. In the third section, two vertical and horizontal positioning conditions of the nanofluids carrier pipe were investigated. The results in this section indicated an increase in the heat transfer in the vertical tube compared to the horizontal pipe. Also, in this section nanofluids containing nanoparticles with brick shape were more sensitive and had a higher thermal performance than their horizontal position. Finally, two correlations have been presented to calculate the Nusselt number of nanofluids in two laminar and turbulent flow regimes. Keywords: Heat Transfer, CFD, Nanoparticle Shape, Two Phase Modeling, Nanofluid

Item Type: Thesis (Masters)
Persian Title: مدلسازی اثر شکل نانوذرات روی انتقال حرارت نانوسیالات در جریان دو فازی
Persian Abstract: استفاده از نانوسیالات در سیستم‌های حرارتی موجب بهبود عملکرد و کوچک‌تر شدن اندازه این سیستم‌ها می‌شود. توسعه نانوسیالات نیازمند شناخت درست و درک صحیح از نحوه رفتار آن‌ها و پارامترهای موثر بر آن‌ها می‌باشد. از جمله پارامتر‌های تأثیرگذار در جریان نانوسیالات می‌توان به نوع سیال پایه و نانوذره، کسر حجمی نانوذرات، شکل و قطر نانوذرات و ... اشاره کرد. در این پژوهش پارامترهایی همچون رژیم جریان نانوسیالات، میزان ترکیب درصد نانوذرات، نوع نانوذرات و نحوه قرار‌گیری لوله با توجه به تأثیر شکل نانوذرات در عملکرد انتقال حرارتی سیستم نانوسیالات با استفاده از مدل مخلوط دوفازی مورد بحث و بررسی عددی قرار گرفت. در بخش اول که شامل بررسی کلی اثر شکل نانوذرات بر عملکرد حرارتی و ویژگی‌های جریان نانوسیالات بود، نتایج نشان داد که با افزایش عدد رینولدز و کسر حجمی نانوذرات ضریب انتقال حرارت و عدد ناسلت برای نانوسیالات با اشکال مختلف نانوذرات افزایش می‌یابد و این در حالی است که روند افزایشی به ترتیب برای نانوسیالات با شکل نانوذرات پلاکتی، استوانه‌ای، تیغه‌ای، آجری و در نهایت کروی کاهش می‌یابد. همچنین افت فشار و ضریب اصطکاک نیز به عنوان ویژگی‌های جریان نانوسیالات می‌توانند با تغییر شکل و افزایش عدد رینولدز تغییر کنند که این روند برای افت فشار به صورت افزایشی و برای ضریب اصطکاک به صورت کاهشی می‌باشد. در بخش دوم، اثر نوع نانوذرات مورد بررسی قرار گرفت که نتایج نشان دهنده‌ی آن بود که نانوسیالات حاوی اکسید مس عملکرد بهتری نسبت به نانوسیالات حاوی اکسید آلومینیوم دارند، اما این برتری تحت شرایط کاری عدد رینولدز بالاتر از 1800 در کسر حجمی‌های مختلف برای نانوسیالات حاوی نانوذرات با اکسید آلومینیوم با شکل پلاکتی در مقایسه با نانوسیالات حاوی نانوذرات اکسید مس با شکل کروی می‌تواند نسبت عکس به خود بگیرد. در بخش سوم، دو وضعیت قرار‌گیری عمودی و افقی لوله‌ی حامل نانوسیالات تحت بررسی قرار گرفت. نتایج در این بخش نشان دهنده‌ی افزایش انتقال حرارت در لوله عمودی نسبت به لوله افقی بود، همچنین در این قسمت نانوسیالات حاوی نانوذرات با شکل آجری حساسیت بیشتری از خود نشان دادند و نسبت به حالت افقی خود افزایش بیشتری در عملکرد حرارتی داشتند. در نهایت نیز دو رابطه برای محاسبه عدد ناسلت نانوسیالات در دو رژیم جریان آرام و آشفته ارائه گردید. كليد واژه¬ها: انتقال حرارت، دینامیک سیالات محاسباتی، شکل نانوذره، مدلسازی دو فازی، نانوسیال
Supervisor:
SupervisorE-mail
Miroliaei, AlirezaUNSPECIFIED
Advisor:
AdvisorE-mail
Mirzaei Ziapour, BehroozUNSPECIFIED
Subjects: Faculty of Engineering > Department of Chemical Engineering
Divisions > Faculty of Engineering > Department of Chemical Engineering
Divisions: Subjects > Faculty of Engineering > Department of Chemical Engineering
Faculty of Engineering > Department of Chemical Engineering
Date Deposited: 06 Oct 2018 14:50
Last Modified: 06 Oct 2018 14:50
URI: http://repository.uma.ac.ir/id/eprint/450

Actions (login required)

View Item View Item