مبدل های حرارتی بهینه سازی می شوند/کاربرد در صنایع غذایی و دارویی

محققان کشور با بررسی تئوری و عددی روش‌های جدید برای افزایش نرخ انتقال حرارت با نانوسیال‌ها، نشان دادند که با تغییر عواملی از جمله قطر نانوذرات، می توان مبدل های حرارتی را بهینه سازی کرد.

کد خبر: ۱۳۱۰۲۲

تاریخ: ۰۸ آبان ۱۳۹۵ - ۱۰:۴۰

به گزارش ایران اکونومیست به نقل از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، کوچک‌تر شدن محصولات صنعتی مانند گوشی‌های موبایل و رایانه‌ها از یک طرف و افزایش قابلیت‌های آن‌ها از طرف دیگر، سبب تولید مقدار زیاد گرما در مساحت کم می‌شود.

لذا، افزایش ضریب انتقال حرارت یکی از اهداف مهم در محصولات خانگی و صنعتی است. استفاده از نانوسیال‌ها، یکی از روش‌های دستیابی به افزایش نرخ انتقال حرارت در این تجهیزات است.

نانوسیال‌ها به طور گسترده به عنوان عامل خنک کننده در تجهیزات مختلف مانند مبدل‌های حرارتی، خنک کننده‌های خورشیدی، میکروکانال‌ها و جریان‌های چند مرحله‌ای به کار گرفته می‌شوند. در این بین، جریان نانوسیال‌ها در کانال‌ها در فرایندهای شیمیایی، کاربردهای پزشکی، حمل دارو، کاربردهای دارویی، سورفاکتانت و پوشش‌ها دارای اهمیت زیادی است.

امیر ملوندی، مجری طرح با بیان اینکه بررسی تئوری نانوسیال‌ها همواره با چالش‌های فراوانی روبروست، افزود: همواره نتایج تئوری با نتایج آزمایشگاهی در تناقض بوده است.

به گفته وی، هدف از این پروژه برطرف کردن مشکلات تئوری شبیه سازی نانوسیال‌ها و تناقض‌های مهم در بررسی رفتارهای آزمایشگاهی نانوسیال‌هاست.

وی عنوان کرد: بررسی امکان و نحوه‌ بهینه سازی انتقال حرارت برای جریان نانوسیال میان دو لوله‌ی هم مرکز (مانند مبدل‌های حرارتی) که تحت اثر میدان مغناطیسی قرار دارد، از مهم‌ترین بخش‌های مطالعه شده در این پژوهش است. در واقع توزیع نانوذرات به عنوان عامل مهم و تأثیر گذار بر نرخ انتقال حرارت، به صورت دقیق و با استفاده از نیروهای نانومقیاس مدل سازی شده‌است.

وی اظهار داشت: همچنین، با توجه به اثرات شدید چیدمان المان‌های حرارتی بر توزیع نانو ذرات، چیدمان‌های مختلف المان‌های حرارتی بررسی و چیدمان مناسب ارائه شده است.

ملوندی خاطر نشان کرد: انتقال حرارت زمانی به حالت بهینه نزدیک‌ است که تمرکز المان‌های حرارتی بر روی دیواره خارجی لوله بیشتر باشند؛ اما کاهش بیش از اندازه‌ قطر نانوذرات سبب کاهش کارایی مبدل حرارتی می‌شود و باید از آن پرهیز کرد؛ همچنین، افزایش قدرت میدان مغناطیسی، لغزش روی سطوح دیواره‌ها و کاهش غلظت نانوسیال نیز همگی سبب افزایش کارایی مبدل حرارتی می‌شوند.

وی افزود: نتایج این تحقیق نشان داده که با تغییر عواملی از جمله قطر نانوذرات، ایجاد میدان مغناطیسی، جهت و میزان شار حرارتی می‌توان مبدل‌های حرارتی را بهینه سازی کرده و ضریب انتقال حرارت را به شدت افزایش داد. جریان نانوسیال کاربردهای فراوانی در صنایع مختلف از آن صنایع غذایی، داروسازی، و سلول‌های خورشیدی دارد.

این تحقیقات حاصل همکاری امیر ملوندی- کارشناس ارشد مکانیک از دانشگاه صنعتی امیرکبیر- و امیر مهدی قاسمی- دانشجوی دکترای مکانیک سیالات از دانشگاه ورکستر پلی‌تکنیک انستیتوی آمریکا و دکتر داوود دومیری گنجی، عضو هیأت علمی دانشگاه صنعتی نوشیروانی باب است. نتایج این کار در مجله‌ International Journal of Thermal Sciences (جلد ۱۰۹، سال ۲۰۱۶، صفحات ۱۰ تا ۲۲) منتشر شده است.