NUMERICAL ANALYSIS OF NANOFLUID FLOW IN A CONICAL HELICAL TUBE

Abstract

ABSTRACT

In this study, nanofluid flow in conical helical tube has been numerically investigated. The study has been carried out in three-dimensional laminar flow (1050≤Re≤2150) conditions. Conical helical tube with 170 mm base diameter, 10 mm tube diameter and 1500 mm length has been used in the study. Constant heat flux of 1000 W/m2 has been implemented on the tube surface. Al2O3 – water nanofluid with different nanoparticle volume fractions ratio (1.0%, 2.0%, and 3.0%) has also been used as the working fluid in the numerical analyzes. In addition, studies have been carried out for blade, platelet and cylindrical nanoparticle shapes.

The average Nusselt numbers and the average Darcy friction factors have been used to estimate the flow and heat transfer characteristics of nanofluid flow in the conical helical tubes with different nanoparticle volume fractions and shapes. Pressure and temperature distribution inside the conical helical tubes have been also examined for different cases. Secondary flows in conical helical tubes have been analyzed in detail. Numerical results of the study have been also presented as the variation of average Nusselt number and Darcy friction factor with Reynolds number, nanoparticle shape and nanoparticle volume fraction. As a result, the highest convective heat transfer performance has been obtained for platelet nanoparticle shape of the 3.0% Al2O3-water nanofluid.

ÖZET

KONİK HELİSEL BİR TÜP İÇERİSİNDEKİ NANOAKIŞKAN AKIŞI VE ISI TRANSFERİ ANALİZİ

Bu çalışmada, konik sarmal tüplerdeki nanoakışkan akışı sayısal olarak incelenmiştir. Çalışma, üç boyutlu laminer akış (1050≤Re≤2150) koşullarında gerçekleştirilmiştir. Çalışmada 170 mm taban çapına, 10 mm boru çapına ve 1500 mm uzunluğa sahip konik sarmal boru kullanılmıştır. Al2O3 – su nanoakışkanı farklı nanoparçacık hacim oranlarında (%1.0, %2.0, %3.0) çalışma akışkanı olarak kullanılmıştır. Ayrıca kullanılan nanoparçacıklar bıçak, plaket ve silindirik olmak üzere üç farklı şekilde kullanılarak çalışmalar yapılmıştır.

Konik sarmal borulardaki akış ve ısı transfer performansını tahmin etmek için ortalama Nusselt sayıları ve ortalama Darcy sürtünme faktörleri hesaplanmıştır. Çalışmanın sonuçları her bir nanoparçacık şekli için %1.0, %2.0, %3.0 nanoparçacık hacim oranları için elde edilmiştir. Konik sarmal boruların içindeki basınç ve sıcaklık dağılımı da farklı durumlar için incelenmiştir. Konik sarmal borulardaki ikincil akışlar ayrıntılı olarak analiz edilmiştir. Çalışmanın sayısal sonuçları ortalama Nusselt sayısı ve Darcy sürtünme faktörünün Reynolds sayısı ile değişimi ve her bir nanoparçacık şekli ve nanoparçacık hacim oranı için ayrı olarak sunulmuştur. Sonuç olarak, en yüksek taşınımla ısı transfer performansı %3.0 Al2O3-su nanoakışkanın plaket nanoparçacık şekli için elde edilmiştir.