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Effect of confinement on heat transfer in aqueous nanofluids from a heated sphere
Powder Technology ( IF 5.2 ) Pub Date : 2018-02-01 , DOI: 10.1016/j.powtec.2017.11.007
Anoop K. Gupta , Garima Mishra , N. Nirmalkar , R.P. Chhabra

Abstract A systematic numerical investigation on heat transfer from a heated sphere settling in aqueous nanofluids has been carried out to elucidate the effect of confinement and the other pertinent dimensionless numbers on heat transfer. In this work, four types of nanoparticles (NPs) have been considered, namely, Al 2 O 3 , CuO, SiO 2 and ZnO, each of two different diameters of d np = 20 nm and 80 nm. In order to account for the variation of properties with temperature, the temperature-dependent equations for the viscosity and thermal conductivity of nanofluids are employed here. Extensive results on streamline and isotherm contours, wake characteristics (length), drag coefficient and local and average Nusselt Number have been obtained and discussed to elucidate the effect of Peclet number ( Pe ), nanoparticle volume fraction (ϕ) and blockage ratio (λ) over the following ranges of conditions: 5 ≤ Pe ≤ 600, 0 ≤ ϕ ≤ 0.05 and 0.1 ≤ λ ≤ 0.9 where λ is the sphere-to-tube diameter ratio. Overall, the recirculation length shows a positive dependence on both Peclet number ( Pe ) and particle size ( d np ) while it exhibits inverse trends with respect to ϕ and λ. A significant enhancement (20–30%) in the rate of heat transfer over the conventional Newtonian fluids is observed and it is seen to increase with the increasing values of the Peclet number. Finally, a simple predictive correlation for the average Nusselt number is developed which includes the conduction limit and, it enables the estimation of the Nusselt number for the intermediate values of the parameters reported in a new application.

中文翻译:

限制对来自加热球的水性纳米流体传热的影响

摘要 为了阐明约束和其他相关无量纲数对传热的影响,对从热球在水性纳米流体中沉降的传热进行了系统的数值研究。在这项工作中,已经考虑了四种类型的纳米颗粒 (NP),即 Al 2 O 3 、CuO、SiO 2 和 ZnO,每一种都有两种不同的直径 d np = 20 nm 和 80 nm。为了说明性质随温度的变化,这里采用了纳米流体粘度和热导率的温度相关方程。已经获得并讨论了关于流线和等温线轮廓、尾流特征(长度)、阻力系数以及局部和平均努塞尔数的广泛结果,以阐明佩克莱特数 (Pe) 的影响,纳米颗粒体积分数 (ϕ) 和阻塞率 (λ) 在以下条件范围内:5 ≤ Pe ≤ 600、0 ≤ ϕ ≤ 0.05 和 0.1 ≤ λ ≤ 0.9,其中 λ 是球管直径比。总体而言,再循环长度显示出对 Peclet 数 ( Pe ) 和粒径 ( d np ) 的正相关性,而它表现出相对于 ϕ 和 λ 的反向趋势。观察到传热率比传统牛顿流体显着提高(20-30%),并且随着佩克莱特数值的增加而增加。最后,开发了平均努塞尔特数的简单预测相关性,其中包括传导限制,并且可以估计新应用中报告的参数中间值的努塞尔特数。5 ≤ Pe ≤ 600, 0 ≤ ϕ ≤ 0.05 和 0.1 ≤ λ ≤ 0.9 其中 λ 是球体与管子的直径比。总体而言,再循环长度显示出对 Peclet 数 ( Pe ) 和粒径 ( d np ) 的正相关性,而它表现出相对于 ϕ 和 λ 的反向趋势。观察到传热率比传统牛顿流体显着提高(20-30%),并且随着佩克莱特数值的增加而增加。最后,开发了平均努塞尔特数的简单预测相关性,其中包括传导限制,并且可以估计新应用中报告的参数中间值的努塞尔特数。5 ≤ Pe ≤ 600, 0 ≤ ϕ ≤ 0.05 和 0.1 ≤ λ ≤ 0.9 其中 λ 是球体与管子的直径比。总体而言,再循环长度显示出对 Peclet 数 ( Pe ) 和粒径 ( d np ) 的正相关性,而它表现出相对于 ϕ 和 λ 的反向趋势。观察到传热率比传统牛顿流体显着提高(20-30%),并且随着佩克莱特数值的增加而增加。最后,开发了平均努塞尔特数的简单预测相关性,其中包括传导限制,并且可以估计新应用中报告的参数中间值的努塞尔特数。再循环长度显示出对 Peclet 数 ( Pe ) 和粒径 ( d np ) 的正相关性,而它表现出相对于 ϕ 和 λ 的反向趋势。观察到传热率比传统牛顿流体显着提高(20-30%),并且随着佩克莱特数值的增加而增加。最后,开发了平均努塞尔特数的简单预测相关性,其中包括传导限制,并且可以估计新应用中报告的参数中间值的努塞尔特数。再循环长度显示出对 Peclet 数 ( Pe ) 和粒径 ( d np ) 的正相关性,而它表现出相对于 ϕ 和 λ 的反向趋势。观察到传热率比传统牛顿流体显着提高(20-30%),并且随着佩克莱特数值的增加而增加。最后,开发了平均努塞尔特数的简单预测相关性,其中包括传导限制,并且可以估计新应用中报告的参数中间值的努塞尔特数。观察到传热率比传统牛顿流体显着提高(20-30%),并且随着佩克莱特数值的增加而增加。最后,开发了平均努塞尔特数的简单预测相关性,其中包括传导限制,并且可以估计新应用中报告的参数中间值的努塞尔特数。观察到传热率比传统牛顿流体显着提高(20-30%),并且随着佩克莱特数值的增加而增加。最后,开发了平均努塞尔特数的简单预测相关性,其中包括传导限制,并且可以估计新应用中报告的参数中间值的努塞尔特数。
更新日期:2018-02-01
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