التحقيق العملي والنظري لانتقال الحرارة خلال قناة معقدة معرضة للحمل القسري مع مائع نانوي باستخدام تداخل الموائع

الباحث

أمال عباس هربود

المشرف

حميد كاظم حمزة - حاتم هادي عبيد

الجامعة

جامعة بابل

الكلية / القسم

كلية الهندسة / الهندسة الميكانيكية

الشهادة

دكتوراه

السنة

2024

لغة الرسالة

انكليزي

الكلمات المفتاحية

Heat Transfer ; Nanofluid ; Forced Convection ; Fluid-Structure Interaction

في الآونة الأخيرة، تزايدت أهمية التبادلات الحرارية حيث أصبح المهندسون يدركون أهمية الطاقة ويعملون على تحسين التصاميم ليس فقط من حيث التحليل الحراري والعائد على الاستثمار ولكن أيضًا من حيث تعزيز طاقة النظام. يمكن تحقيق تعزيز نقل الحرارة عن طريق ضبط سطح نقل الحرارة أو مساحة المقطع العرضي للتدفق. الهدف من هذه الدراسة هو دراسة تفاعل بنية الموائع Lec (FSI) وعددياً في المبادلات الحرارية ذات القنوات المعقدة. بالإضافة إلى call دراسة تأثير الحمل الحراري للسوائل النانوية في القنوات المعقدة. يهدف العمل الحالي إلى دراسة انتقال الحرارة عملياً وعددياً في قناة معقدة تحتوي على شبه منحرف معلق في القناة. الدراسة الأولى كانت عمليا حيث استخدم قناة تحتوي على اشكال شبه منحرفة معلقة بجدار القناة. ايضا تم استخدام Jalsa وجدران مرنة في تصميم القناة. تم تسخين المائع النانوي الذي هو عبارة عن cle بنسب متفاوتة من جسيمات 8120 النانوية بواسطة سخان مثبت على جدار القناة حتى وصلت إلى درجة حرارة 358 كلفن. الدراسة الثانية هي الدراسة العددية (CFD) والتي تم بناؤها على أساس نموذج التدفق المتجائس للتعامل مع الموائع النانوية باستخدام .6.0 COMSOL V تخضع هذه القناة لتدفقات الحمل القسري ALE الأبعاد وغير قابلة للضغط. Gus تم إجراء المحاكاة العددية عند )6.9 = (Pr ، تركيز المادة النانوية (cp) يساوي )0.06-0.02(، وعدد كوشي (Ca) يتراوح بين )107-10( و re رينولدز يتراوح بين )60-160( حيث تمت هذة الدراسة باستخدام ثلاث حالات: الحالة الأولى مع جدار مرنء الحالة الثانية مع حاجز مرن والحالة الأخيرة (الحالة الثالثة) يتم استخدام جدار مرن مع حواجز مرنة. تم استخدام الحالة الأولى (الجدران المرنة) في مواقع مختلفة. حيث ان الحالة (1-4) قناة معقدة بدون جدار مرن اما الحالتين (1-8) و (1-C) ثلاثة جدران مرنة قبل وبعد الشكل شبه المنحرف على التوالي، والحالة (1-7) استخدمت ستة جدران مرنة. في الحالة الثانية يتم تثبيت الحاجز المرن في ثلاثة مواضع: الموضع الأول بالقرب من مدخل القناة يسمى ،(2-A) والوضع الثاني في وسط القناة يسمى (2-8) والأخير عند مخرج القناة يسمى ((2-1). كما تم استخدام قنوات معقدة أخرى ذات نسبة مختلفة 0,3,6 -1,1/111 مره باستخدام jal gall المرنة ومره اخرى بدون استخدام الحواجز المرنة. حيث تم تثبيت طول الحاجز عند 1.5 سم . تشير النتائج التجريبة إلى أن رقم نسلت مرتفع بقيمة.1-107 حيث ان الحالة (2-A) تسجل رقم نسلت مرتفع ل Re=160 بمقدار 906.2. عند مقارنتها بالحالة (2-B) عند60 = Re وفي الدراسة العددية (CFD) تبين أن الحالة (1-0) (قناة ذات جدار مرن) لديها رقم نسلت مرتفع بحوالي 5 مقارنة بالحالة (1-A) (قناة بدون جدار مرن). كما تم تسجيل رقم نسلت مرتفع للحالة (2-A) (قناة Gla حاجز مرن Gill من المدخل) بحوالي 9/024 مقارنة مع القناة التي لا تحتوي على حاجب مرن ولكن رقم نسلت سجل قيمة منخفضة للحالة الثالثة من مقارنة مع الحالة الأولى والثانية بحوالي (3890). يتم الحصول على أفضل شكل لانتقال الحرارة عند 81/111-0.8 و LI/H1=3 يسجل التعزيز الحراري (TEC) قيمة عالية في الحالة الاولى عند مقارنة مع الحالات الاخرى.

Recently, the significance of heat exchangers has grown as engineers have become more aware of energy conservation to enhance designs not only in terms of thermal analysis and economic returns but also in terms of the energy payback of a system. Heat transfer enhancement is the practice of modifying a heat transfer surface or the flow cross section. This study, investigates experimental and numerical the fluid structure interaction (FSI) in controlling the force convection in heat exchanger with complex channels. The first part of study focused on investigating heat transfer in a complex channel that contains a trapezoid hanging in the channel. The experimental study work that used a complex channel with trapezoidal shapes hangs in the square channel with using fluid structure interaction (FSI). Water- Al2O3 was used as the working nanofluid in the complicated channel. The nanofluid (water with varying percentages of Al2O3 nanoparticles) was heated by a heater installed on the channel wall until it reached a temperature of 358 k. The second part of study is numerical study (CFD) that it is constructed on the basis of a homogenous flow model for handling nanofluids using COMSOL V 6.0. This channel subject to forced convective, two-dimensional and incompressible flows. For the geometrical investigation, the numerical simulations were performed for constant Prandtl number (Pr = 6.9), Volume fraction (φ) equal to (0.02 - 0.06), Cauchy number (Ca) equal to (10-4-10-8) and Reynolds number is lamina equal to (60-160). The fluid stricture interaction (FSI) is investigated by three cases: case one with elastic wall, case two with elastic baffle and last case (case three) that is combines elastic walls with elastic baffles. The case one (elastic walls) is used in different locations where case (1-A) used complex channel without elastic wall. Cases (1-B) and (1-C) is used three elastic walls before and after trapezoid shape respectively and case (1-D) is used six elastic walls. The second case used an elastic baffle that was fixed at three positions: the first position near the inlet of the channel, about 8.9 from inlet, is called (2-A), the second position at the other side of the center of the channel, about 14.9 from inlet of channel, is called (2-B), and the last position at near the outlet of the channel about 14.9 from inlet of channel 20.9 is called (2-D). Also, uses another complex channel with different ratio L1/H1= 0,3 and 6 and B1/H1=0, 0.8 and 1.6 with elastic baffles (2-A) and without elastic baffles. The length of baffle is investigated at 1.5cm. The trouble is solved using the finite element method with the Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) technique. The results indicate that the Nusselt number is high with E=104 in the experimental investigation. The case (2-A) where the baffle is fixed near the inlet of the channel, records a high Nusselt number of Re = 160, an improvement of 6.2%. When compared to case (2-B), where the baffle is fixed at the center of the channel at Re = 60. In the numerical study (CFD), it can be seen that case (1-C) (channel with elastic wall fixed after the trapezoid shape) has a high Nusselt number of about 53% compared with case (1-A) (channel without elastic wall). Also record high Nusselt number for case (2-A) (channel with elastic baffle near inlet) about 24% compared with channel have not elastic baffle but the average Nusselt number is recorded at the channel with elastic walls and baffles about 38% compared with hasn't elastic walls and baffles. The best shape of heat transfer is obtained at B1/H1=0.8 and L1/H1=3.

طلب نسخة من الملف

الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.

الاسم

رقم الهاتف

البريد الإلكتروني

الغرض من الطلب (اختياري)

إرسال الطلب