منصة الرسائل والاطاريح: تحسين أداء مبادل حراري مزدوج الانبوب بأستخدام مائع نانوي (ماء/MgO-CMC) مع جريان ثنائي الطور

الخلاصة

يتم أختبار الموائع النانوية بتركيزات مختلفة من أكسيد المغنيسيوم (MgO) وكاربوكسي ميثيل السليلوز (CMC) في مبادل حراري مزدوج الانابيب والمصمم مع انحناء U ومثبت بصوره افقية لتحسين اداءه وحسب اتجاه الجريان المتوازي والمتعاكس تحت تأثير الجريان الأحادي والثنائي الطور. تمت الدراسة عند معدل تدفق حجمي (8، 10، 12 و14) لتر / دقيقة من الماء النقي، سائل (Water-CMC) بتراكيز وزنية من CMC (0.2٪ و0.5٪)، سائل (Water-MgO) بتراكيز حجمية من جزيئات MgO النانوية (0.125) ٪، 0.25٪، 0.5٪ و1٪) وسائل (Water-MgO-CMC) بنفس التركيزات السابقة. تعرض هذه الدراسة تأثير الجريان ثنائي الطور بأنظمة جريان مختلفه في الجانب الحلقي للمبادل الحراري على معدل انتقال الحرارة. تم تشخيص ثلاثة أنواع من أنظمة الجريان ، الجريان الفقاعي (bubbly flow) و الجريان الدفعي (slug flow) و الجريان الطباقي (stratified flow)، عند حقنها 24 لترًا / دقيقة من الماء مع (360 ، 420 ، 460) لتر / ساعة من الهواء في الجانب الحلقي. تم تنفيذ العمل التجريبي باستخدام مبادل حراري مزدوج الأنابيب مع انحناء U ، مصنوع من أنابيب متحدة المركز بطول 5 م. تم اختيار أنبوب نحاسي بقطر داخلي 20 ملم وقطر خارجي 22 ملم كأنبوب داخلي ، وأنبوب برسبيكس بقطر داخلي 45 ملم وقطر خارجي 50 ملم تم اختياره كأنبوب خارجي. تشمل الدراسة التجريبية أيضًا تحضير الموائع النانوية وقياس خصائص التوصيل الحراري للسوائل الساخنة واللزوجة والكثافة والحرارة النوعية. تم بناء دراسة المحاكاة بتقنية CFD بناءً على نموذج حجم السائل (VOF) للجريان متعدد الأطوار باستخدام الكود التجاري ANSYS Fluent 2020 R1. تم استخدام هذا الكود للتنبؤ بدرجة الحرارة والضغط والسرعة وجزء الفراغ من الجريان ثنائي الطور على طول المبادل الحراري للأنابيب المزدوجة على شكل حرف U. يتم تحقيق ذلك عدديًا من خلال حل مجموعة من المعادلات التفاضلية الجزئية، وهي الحفاظ على الكتلة والزخم والطاقة. هذه المعادلات خطية ومحددة ويتم حلها بطريقة الحجم المحدود في المحلل للحصول على حل مفصل، بما في ذلك الحدود المطلوبة في مجال الجريان، والتحقق من صحة البيانات التجريبية. أشارت النتائج إلى أن معامل انتقال الحرارة بالحمل الحراري (h) قد زاد بزيادة التراكيز الوزنية لجسيمات CMC والتراكيز الحجمية لجسيمات MgO ومعدل جريان السائل الساخن الحجمي. يتحسن معامل انتقال الحرارة بالحمل الحراري من (2532.4) عند 8 لتر / دقيقة إلى (2771.71) 14 لتر / دقيقة وبعد إضافة (1% MgO vol.+0.5% CMC wt.) ازداده من (5062.57) عند 8 لتر / دقيقة إلى (5545.24) 14 لتر / دقيقة. زاد معامل الاحتكاك مع زيادة التراكيز الوزنية لجسيمات CMC، والتراكيز الحجمية لجسيمات MgO، وينخفض مع زيادة معدل جريان السائل الساخن الحجمي. اعتمادًا على تأثير الجريان ثنائي الطور ومعدل الجريان الحجمي ، عندما يزداد معدل جريان الهواء الحجمي يؤدي الى زيادة معامل انتقال الحرارة بالحمل الحراري حوالي 8٪. عندما زاد معدل جريان الهواء أدى لزيادة قيمة فعالية المبادل الحراري حوالي 9٪. معامل انتقال الحرارة الإجمالي للجريان المتعاكس أعلى بنسبة 4-6٪ من الجريان المتوازي عند إضافة (1% MgO vol.+0.5% CMC wt.) إلى الماء النقي. أخيرًا، تم إجراء مقارنة بين النتائج العددية والتجريبية للسائل النيوتوني (ماء نقي) بمعدل تدفق 8 و10 و12 و14 لتر/دقيقة. هناك اتفاق ممتاز بين النتائج العددية والتجريبية (بحد أقصى انحراف 7٪ في رقم نسلت) للعمل الحالي إلى جانب اتفاقيات جيدة جدًا في اتجاهات وقيم النتائج المستخرجة من محاكاة CFD للعمل الحالي مع ما حصل عليها باحثون مهمون.