شناسایی عوامل موثر بر بهینه‌سازی مبدل‌های حرارتی کاربردی در صنایع غذایی

به گزارش بولتن نیوز، 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 خنک‌کننده 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 از محققان طرح اظهار کرد: بررسی تئوری نانوسیال‌ها همواره با چالش‌های فراوانی روبرو بوده است، به طوری‌که همواره نتایج تئوری با نتایج آزمایشگاهی در تناقض بوده است. هدف از این پروژه برطرف کردن مشکلات تئوری شبیه‌سازی نانوسیال‌ها و تناقض‌های مهم در بررسی رفتارهای آزمایشگاهی نانوسیال‌هاست.

وی در توضیح بیشتر در خصوص کارهای انجام شده در این طرح عنوان کرد: بررسی امکان و نحوه‌ بهینه سازی انتقال حرارت برای جریان نانوسیال میان دو لوله‌ 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 تأثیرگذار بر نرخ انتقال حرارت، به صورت دقیق و با استفاده از نیروهای نانومقیاس مدل‌سازی شده‌ است. همچنین، با توجه به اثرات شدید چیدمان المان‌های حرارتی بر توزیع نانوذرات، چیدمان‌های مختلف المان‌های حرارتی بررسی شده و چیدمان مناسب ارائه شده است. 

ملوندی در مورد نتایج این طرح گفت: 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.

محقق طرح یادآور شد: جریان نانوسیال کاربردهای فراوانی در صنایع مختلف از جمله صنایع غذایی، داروسازی و سلول‌های خورشیدی دارد.

نتایج این تحقیقات که 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 بابل است، در مجله‌ بین‌المللی Thermal Sciences منتشر شده است.