تجزیه و تحلیل جوشش جریانی نانوسیال در جریان داخلی
چکیده
امروزه انتقال حرارت جایگاه ویژه ای را در میان صنایع مختلف دارا است و تحقیقات بسیاری در جهت بهبود و کنترل این پدیده فیزیکی صورت می پذیرد. یکی از روش های موثر در این زمینه استفاده از تغییر فاز در سیالات و جوشش است. مشکل اصلی برخی از این صنایع در استفاده از پدیده جوشش، وجود دماهای بالا و کنترل نشده در بویلرها و ابزار انتقال حرارت می باشد که محدودیت انتخاب ماده را در این ابزار به همراه دارد. همچنین وجود دماهای بالا موجب اتلاف حرارتی بیشتر و در نهایت کاهش استفاده از انرژی مصرفی می شود. یکی از تکنیک های جدید برای بهبود عملکرد جوششی استفاده از نانوسیالات است. به عنوان یک تعریف، سیالات معمول حاوی ذرات در ابعاد نانو را نانوسیالات می گوییم. تاکنون آزمایش های گوناگونی برای تعیین ضریب انتقال حرارت جوشش در نانوسیالات انجام شده اند که، بعضی افزایش، بعضی کاهش و بعضی ثابت ماندن ضریب انتقال حرارت جوششی را گزارش کرده اند. با پیشرفت تکنولوژی محققان همواره به دنبال ایده هایی جدید برای بهبود ضریب انتقال حرارت جوششی بوده اند، لذا این تحقیق نیز از این قاعده مستثنی نیست. در این پایان نامه، سیال پایه مورد بررسی مخلوط همگن با نسبت حجمی برابر آب و اتیلن گلیکول به دلیل کاربرد آن به عنوان ضدیخ رایج در سیستم های خنک کننده خودروها و سیستم های خنک کننده الکترونیکی می باشد. ذرات نانو استفاده شده، آلومینا و غلظت های حجمی مورد بررسی %05/0، %1/0، %25/0، %5/0، %75/0 و %1 بوده است. هدف از انجام این پژوهش و گردآوری این پایان نامه تعیین ضریب انتقال حرارت جوششی نانوسیال به روش تجربی می باشد. لذا، پس از معرفی تئوری جوشش و تئوری نانوسیال و مروری بر تحقیقات انجام شده در این زمینه، دستگاه جوشش استخری ساخته شده برای انجام آزمایش-های این پروژه به طور مختصر تشریح خواهد شد. در گام های اول تا سوم آزمایش های این پایان نامه، ضریب انتقال حرارت جوشش هسته ای آب مقطر و مخلوط همگن آب و اتیلن گلیکول بدست آمده و به منظور تایید صحت عملکرد دستگاه با روابط موجود و تحقیقات صورت گرفته در این زمینه مقایسه می شود. در گام نهایی ابتدا نانوسیال آب-اتیلن گلیکول-آلومینا توسط یک دستگاه فراصوت با غلظت های حجمی مختلف از نانوذرات آلومینا تهیه شده است. سپس انتقال حرارت جوششی این نانوسیال در داخل دستگاه ساخته شده مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج به دست آمده از آزمایش های تجربی جوشش نانوسیال آب–اتیلن گلیکول-آلومینا نشان می دهد که افزودن نانوذرات آلومینا به مخلوط همگن آب و اتیلن گلیکول در محدوده غلظت های حجمی %05/0 تا %1 ضریب انتقال حرارت جوششی را در حالت بیشینه به اندازه %64 در غلظت حجمی %75/0 نسبت به سیال پایه افزایش خواهد داد؛ لذا بر اساس نتایج بدست آمده نانوسیالات می توانند منجر به بهبود عملکرد جوششی در سیستم های خنک کننده گردند و برای محققین علم مواد و مکانیک این امکان فراهم می شود تا از نانوسیالات در صنعت اتومبیل و سایر وسایل نقلیه به منظور بدست آوردن بازده بیشتر استفاده کنند.