Аналіз характеристик теплообміну нанорідин в мікроциліндричних групах
Анотація
Мета цього дослідження полягає в дослідженні за допомогою чисельного моделювання характеристик потоку та теплопередачі нанофлюїдів на водній основі Al2O3, Cu, TiO2 та SiC, що протікають через групи мікроциліндрів, розташовані в рядній конфігурації. Моделювання проводилося в умовах ламінарного потоку, і аналіз враховував сім різних низьких значень числа Рейнольдса з постійною об’ємною часткою 2%. Метою цього дослідження було визначити, як нанофлюїди, тобто суспензії наночастинок у воді як базовій рідині, можуть впливати на перепад тиску та тепловіддачу в групах мікроциліндрів. Щоб досягти цього, був застосований метод кінцевого об’єму для оцінки впливу нанофлюїдів на перепад тиску та характеристики теплообміну в групах мікроциліндрів. Результати дослідження демонструють, що для всіх досліджуваних нанофлюїдів перепад тиску та коефіцієнт тертя груп мікроциліндрів зростали зі збільшенням числа Рейнольдса. Таку поведінку можна пояснити взаємодією між наночастинками та стінкою, що призводить до збільшення тертя. Крім того, було виявлено, що число Нуссельта зростає зі збільшенням числа Рейнольдса. Нанорідина SiC/вода продемонструвала найвищі числа Нуссельта серед чотирьох протестованих нанорідини, що вказує на те, що вона забезпечує кращі показники теплопередачі, ніж інші нанорідини. Ці результати узгоджуються з експериментальними висновками, вказуючи на те, що чисельне моделювання було точним і надійним.
Завантаження
Посилання
D.B. Tuckerman, and R.F.W. Pease, “High Performance Heat Sinking for VLSI,” IEEE Electron Device Letters, 2(5), 126-129 (1981). https://doi.org/10.1109/EDL.1981.25367
H. Mizunuma, M. Behnia, and W. Nakayama, “Heat transfer from micro-finned surfaces to flow of fluorine coolant in reduced-size channels,” IEEE Transactions on Components, Packaging, and Manufacturing Technology: Part A, 20(2), 138–145 (1997). https://doi.org/10.1109/95.588565
A. Koşar, C. Mishra, and Y. Peles, “Laminar flow across a bank of low aspect ratio micro pin fins,” J. Fluids Eng. 127, 419–430 (2005). https://doi.org/10.1115/1.1900139
E. Galvis, B.A. Jubran, F.Xi.K. Behdinan, and Z. Fawaz, “Numerical modeling of pin-fin micro heat exchangers,” Heat Mass Transfer, 44, 659–666 (2008). https://doi.org/10.1007/s00231-007-0291-2
M. Ohadi, J. Qi, and J. Lawler, “Ultra-Thin Film Evaporation (UTF) – Application to Emerging Technologies in Cooling of Microelectronics,” in: Microscale Heat Transfer Fundamentals and Applications. NATO Science Series II: Mathematics, Physics and Chemistry, vol. 193, edited by S. Kakaç, L. Vasiliev, Y. Bayazitoğlu, and Y. Yener (Springer, Dordrecht, 2005). pp. 321–338. https://doi.org/10.1007/1-4020-3361-3_17
N. Guan, Z.G. Liu, and C.W. Zhang, “Numerical investigation on heat transfer of liquid flow at low Reynolds number in micro-cylinder-groups,” Heat Mass Transfer, 48, 1141–1153 (2012). https://doi.org/10.1007/s00231-011-0956-8
N. Guan, and Z.G. Liu, “Numerical investigation of laminar flow and heat transfer in micro-cylinder-groups,” in: Proceedings of the 8th International Conference on Nanochannels, Microchannels and Mini channels, (ASME, Montreal, Canada, 2010) pp. 645–654. https://doi.org/10.1115/FEDSM-ICNMM2010-30423
S.U.S. Choi, and J A. Eastman, “Enhancing thermal conductivity of fluids with nanoparticles,” in: ACME International Mechanical Engineering Congress & Exposition (San Francisco, Ca, 1995). https://www.osti.gov/servlets/purl/196525
E. Abu-Nada, Z. Masoud, and A. Hijazi, “Natural convection heat transfer enhancement in horizontal concentric annuli using nano-fluids,” International Communications in Heat and Mass Transfer, 35, 657–665 (2008). https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2007.11.004
H.A. Mohammed, P. Gunnasegaran, and N.H. Shuaib, “Heat transfer in rectangular micro-channels heat sink using nano-fluids,” International Communications in Heat and Mass Transfer, 37, 1496–1503 (2010). https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2010.08.020
M. Akbari, N. Galanis, and A. Behzadmehr, “Comparative assessment of single and two-phase models for numerical studies of nano-fluid turbulent forced convection,” International Journal of Heat and Fluid Flow, 37, 136–146 (2012). https://doi.org/10.1016/j.ijheatfluidflow.2012.05.005
M.K. Moraveji, R.M. Ardehali, and A. Ijam, “CFD investigation of nano-fluid effects (cooling performance and pressure drop) in mini-channel heat sink,” International Communications in Heat and Mass Transfer, 40, 58–66 (2013). https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2012.10.021
A. Adriana, “Simulation of Nano-fluids Turbulent Forced Convection at High Reynolds Number: A Comparison Study of Thermophysical Properties Influence on Heat Transfer Enhancement,” Flow Turbulence Combust, 94, 555–575 (2015) https://doi.org/10.1007/s10494-014-9590-0
Z. Said, M.A. Sabiha, R. Saidur, A. Hepbasli, N.A. Rahim, S. Mekhilef, and T.A. Ward, “Performance enhancement of a Flat Plate Solar collector using Titanium dioxide nano-fluid and Polyethylene Glycol dispersant,” Journal of Cleaner Production, 92, 343-353 (2015). https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2015.01.007
A. Bouhezza, S. Boubeggar, and K. Boukerma, “Simulation numérique du transfert de chaleur de nano-fluide dans un canal,” in: Third International Conference on Energy, Materials, Applied Energetics and Pollution, (Constantine, Algeria, 2016). pp. 302 307. https://www.umc.edu.dz/images/50-BOUHEZZA.pdf
E. Dabiri, F. Bahrami, and S.M. Zadeh, “Experimental investigation on turbulent convection heat transfer of SiC/W and MgO/W nanofluids in a circular tube under constant heat flux boundary condition,” J. Therm. Anal. Calorim. 131, 2243–2259 (2018). http://dx.doi.org/10.1007/s10973-017-6791-5
J. Bowers, H. Cao, and G. Qiao, “Flow and heat transfer behavior of nano-fluids in micro-channels,” Prog. Nat. Sci.: Mater. Int. 28, 225–234 (2018). https://doi.org/10.1016/j.pnsc.2018.03.005
H. Goodarzi, O.A. Akbari, M.M. Sarafraz, M. Mokhtari, M.R. Safaei, and G.A.S. Shabani, “Numerical Simulation of Natural Convection Heat Transfer of Nanofluid with Cu, MWCNT And Al2O3 Nanoparticles in A Cavity with Different Aspect Ratios,” Journal of Thermal Science and Engineering Application, 11(6), 061020 (2019). https://doi.org/10.1115/1.4043809
X. Zhang, G. Meng, and Z. Wang, “Experimental study on flow and heat transfer characteristics of SiC-water Nanofluids in micro-cylinder-groups,” International Journal of Heat and Mass Transfer, 147, 118971 (2020). https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.118971
S. Karimi, M.M. Heyhat, A.H.M. Isfahani, and A. Hosseinian, “Experimental investigation of convective heat transfer and pressure drop of SiC/water nanofluid in a shell and tube heat exchanger,” Heat and Mass Transfer 56, 2325–2331 (2020). https://link.springer.com/article/10.1007/s00231-020-02844-7
D. Zheng, J. Wang, Z. Chen, J. Baleta, and B. Sundén, “Performance analysis of a plate heat exchanger using various nanofluids,” International Journal of Heat and Mass Transfer, 158, 119993 (2020). https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2020.119993
S. Ahmad, S. Abdullah, and K. Sopian, “Numerical and Experimental Analysis Of The Thermal Performances of Si'/Water and Al2O3/Water Nanofluid Inside A Circular Tube with Constant-Increased-PR Twisted Tape,” Energies, 13, 2095 (2020). https://doi.org/10.3390/en13082095
B.C. Pak, and Y.I. Cho, “Hydrodynamic and heat transfer study of dispersed fluids with submicron metallic oxide particles,” Exp. Heat Transf. 11, 151-170 (1998). https://doi.org/10.1080/08916159808946559
S.E.B. Maiga, C.T. Nguyen, N. Galanis, and G. Roy, “Heat transfer behaviours of nanofluids in a uniformly heated tube,” Superlattices Microstruct. 35, 543-557 (2004). https://doi.org/10.1016/j.spmi.2003.09.012
V. Bianco, F. Chiacchio, O. Manca, and S. Nardini, “Numerical investigation of nanofluids forced convection in circular tubes,” Appl. Therm. Eng. 29, 3632-3642 (2009). https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2009.06.019
H.C. Brinkman, “The viscosity of concentrated suspensions and solution,” J. Chem. Phys. 20, 571–581 (1952). https://doi.org/10.1063/1.1700493
J.C. Maxwell, A Treatise on Electricity and Magnetism, (Clarendon Press, 1881).
G.A. Slack, “Thermal Conductivity of MgO, Al2O3, MgAl2O4, and Fe3O4 Crystals from 3 to 300 K,” Phys. Rev. 126, 427 (1962). https://doi.org/10.1103/PhysRev.126.427
H. Kim, S.R. Choi, and D. Kim, “Thermal conductivity of metal-oxide nanofluids: particle size dependence and effect of laser irradiation,” J. Heat Transf. 129, 298-307 (2007). https://doi.org/10.1115/1.2427071
International Atomic Energy Agency, Vienna International Centre, PO Box 100, A-1400 Vienna, Austria, Thermo-physical properties of materials for nuclear engineering: a tutorial and collection of data. (2008). https://www-pub.iaea.org/MTCD/Publications/PDF/IAEA-THPH_web.pdf
D.W. Green, and R.H. Perry, Perry’s Chemical Engineers’ Handbook, (McGraw-Hill Professional, 1999).
Авторське право (c) 2023 Ліна Вафаа Белхадж Сеніні, Мустпаха Буссуфі, Аміна Сабер
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
