Experimental Investigation of Shell-and-Tube Heat Exchanger Performance using 〖Al〗_2 O_3-Water Nanofluid
الشريط الجانبي للمقالة
منشور:
2026-06-28
الكلمات المفتاحية:
مبادل حراري قشري وأنبوبي، مائع نانوي، تعزيز انتقال الحرارة، طريقة الفاعلية وعدد وحدات النقل NTU))، ترتيب التدفق المتعاكس
محتوى المقالة الرئيسي
الملخص
تقدم هذه الورقة البحثية دراسة مقارنة للخواص الحرارية لمبادل حراري من النوع القشري والأنبوبي (Shell and tube) المملوء بمائع نانوي مكون من أكسيد الألمنيوم والماء (Al2O3)، مقارنة بمبادل آخر ممزوج بالماء النقي فقط. وقد تَقَرَّر استخدام أكسيد الألمنيوم ((Al2O3نظراً لاستقراره الكيميائي، وتوفره تجارياً، وثبوت فاعليته في تحسين الموصلية الحرارية دون التسبب في أضرار هيدروليكية بالغة.
أُجريت التجارب على نطاق من أرقام رينولدز (Reynolds numbers) يتراوح بين 12,600 إلى 63,300، وبتركيز بلغ 30 غراماً لكل 10 لترات من المائع الأساسي. واستُخدم أسلوب الفاعلية وعدد وحدات النقل NTU)) لمعالجة وتحليل البيانات.
تشير النتائج إلى أن تصميم التدفق المتعاكس (Counter-flow) حقق تأثيراً إيجابياً كبيراً، حيث أدى إلى زيادة الفاعلية بنسبة تتراوح بين 17\% و 19\%، وخفض درجة حرارة المائع عند الحد الأقصى بنحو 5 درجات مئوية. كما أدى تكوين التدفق المتوازي (Parallel-flow) إلى تعزيز الأداء أيضاً، مع زيادة تقريبية في الفاعلية بلغت 16\%.
وعلى الرغم من تحقيق التحسن في الموصلية الحرارية نتيجة إضافة الجسيمات النانوية، إلا أن الزيادة المصاحبة في لزوجة المائع تعني أن الأمر قد يتطلب طاقة ضخ إضافية (Pumping power). وختاماً، فإن الموائع النانوية ذات التركيزات المنخفضة من أكسيد الألمنيوم (Al2O3) تعد مفيدة ومبشرة لتعزيز الكفاءة الحرارية لعمليات انتقال الحرارة المستخدمة في الصناعة، شريطة الحد من الخسائر الهيدروليكية بشكل كافٍ.
أُجريت التجارب على نطاق من أرقام رينولدز (Reynolds numbers) يتراوح بين 12,600 إلى 63,300، وبتركيز بلغ 30 غراماً لكل 10 لترات من المائع الأساسي. واستُخدم أسلوب الفاعلية وعدد وحدات النقل NTU)) لمعالجة وتحليل البيانات.
تشير النتائج إلى أن تصميم التدفق المتعاكس (Counter-flow) حقق تأثيراً إيجابياً كبيراً، حيث أدى إلى زيادة الفاعلية بنسبة تتراوح بين 17\% و 19\%، وخفض درجة حرارة المائع عند الحد الأقصى بنحو 5 درجات مئوية. كما أدى تكوين التدفق المتوازي (Parallel-flow) إلى تعزيز الأداء أيضاً، مع زيادة تقريبية في الفاعلية بلغت 16\%.
وعلى الرغم من تحقيق التحسن في الموصلية الحرارية نتيجة إضافة الجسيمات النانوية، إلا أن الزيادة المصاحبة في لزوجة المائع تعني أن الأمر قد يتطلب طاقة ضخ إضافية (Pumping power). وختاماً، فإن الموائع النانوية ذات التركيزات المنخفضة من أكسيد الألمنيوم (Al2O3) تعد مفيدة ومبشرة لتعزيز الكفاءة الحرارية لعمليات انتقال الحرارة المستخدمة في الصناعة، شريطة الحد من الخسائر الهيدروليكية بشكل كافٍ.
##plugins.themes.bootstrap3.displayStats.downloads##
##plugins.themes.bootstrap3.displayStats.noStats##
تفاصيل المقالة
القسم
Articles
هذا العمل مرخص بموجب Creative Commons Attribution 4.0 International License.
كيفية الاقتباس
[1]
"Experimental Investigation of Shell-and-Tube Heat Exchanger Performance using 〖Al〗_2 O_3-Water Nanofluid", JUBES, م 34, عدد 2, ص 131–148, 2026, doi: 10.29196/jubes.v34i2.6621.