الملخص

تقدم هذه الورقة دراسة تحليلية لمحاكاة انتقال الحرارة بالحمل القسري والإجهادات القطعية للتدفق تحت ظروف التدفق المضطرب داخل أنابيب معرضة لتسخين منتظم على أسطحها باستخدام الموائع النانوية التي تتكون من خليط من مائع أساسي وجسيمات صلبة نانوية. تم دراسة عدة أنواع من الموائع النانوية المشتملة على الموائع الأساسية من الماء أو الإيثلين جيلي كول أو زيت المحرك وجسيمات النانو المخلوطة بالموائع على أكسيد الألومنيوم أو النحاس أو أكسيد التيتانيوم. تمّ اعتبار الخليط كطور واحد وبذلك تمّ إهمال السرعة الانزلاقية بين الموائع والجسيمات وكذلك تمّ اعتبار التماثل في التدفق وأنّ الخليط متزناً حرارياً. لتحديد الفيض الحراري والاجهادات للموائع النانوية في التدفق المضطرب تمّ استخدام معادلات رينولدز المتوسطة لمعادلات نافيير-ستوكس ونموذج كي-إبسلن للتدفق المضطرب. حيث كانت ظروف التسخين عند ثبوت درجة الحرارة عند 333 كلفن على سطح الأنابيب وعند ثبوت الفيض الحراري عند 50000 وات/م2. أمّا رقم رينولدز فقد تمّ تغييره بين 5000 – 30000. وكذلك تمّ بحث ودراسة تأثير قوة تركيز جسيمات النانو ومعدنها ونوع المائع الأساسي على تحسين انتقال الحرارة وانخفاض الضغط. النتائج أوضحت أن الموائع النانوية لها إمكانات كبيرة لتحسين التدفق الهيدروديناميكي وانتقال الحرارة وكما أنها مناسبة جداً للتطبيقات الصناعية والعملية.

ABSTRACT

A numerical simulation of forced convective heat transfer and wall shear stress under turbulent conditions inside a uniformly heated tube using nanofluids is presented in this paper. The nanofluid is a solid-liquid mixture in which metallic or nonmetallic nanoparticles are suspended in a base fluid. Water, ethylene glycol and engine oil are used as base fluids. Nanoparticles of AL2O3, Cu and TiO2 are used as mixtures of nanofluids. The solid-liquid mixture was considered as a single-phase, so the slip velocity between the phases was neglected. Moreover, symmetry in flow and local thermal equilibrium of the mixture were assumed. To define heat flux and stresses of the nanofluids in turbulent flow, the Reynolds-averaged Navier-Stokes equation and k-ɛ turbulent model were used. The wall conditions were constant wall temperature at 333 K and uniform heat flux of 50,000 W/m2 and the Reynolds number was varied in the range of 5000-30,000. The effect of nanoparticles concentration, material and base fluid type on heat transfer enhancement and pressure drop were investigated. The results showed that nanofluids have a significant potential for hydrodynamic flow and heat transfer enhancement and are highly appropriate for industrial and practical applications.