Numerical Study of Heat Transfer and Flow of Nanofluid Using Multi-Phase Mixture Model through Elliptical Tubes

دراسة عددية لنقل الحرارة وتدفق السوائل باستخدام تدفق مضطرب كامل التطور داخل أنبوب بيضاوي الشكل مع اختلاف نسبة المقطع العرضي لأنابيب وبثبات في مساحة سطح للأنبوب، وذلك باستخدام (AL2O3-ماء) مائع نانوي مع متوسط ​​حجم الجسيمات النانوية (20 نانومتر). وقد تم استخدام نموذج خليط متعدد المراحل لحساب عدد نسلت، سرعة المائع النانوي، والفارق في الضغط. حيث تم حل المعادلات للأشكال الهندسية ثلاثية الأبعاد (Navier-Stokes)، والطاقة، والنسبة الحجمية باستخدام برنامج (ANSYS fluent) مع طريقة حجم محدود (FVM). النتائج المحسوبة العددية تظهر قبولية معقولة بحدود خطأ مقداره تقريباً (10.34%) مقارنةً مع النتائج العملية السابقة. وقد استنتج من النتائج العددية أن زيادة في تركيز الدقائق النانوية سيزيد من عدد نسلت وله تأثير ضئيل على الزيادة في انخفاض الضغط. أنبوب بيضوي الشكل مع نسبة الأبعاد 0.25 هو الأفضل لاستخدام في العمليات التي يتم من خلالها تبديد الحرارة أو الحصول عليها من السوائل إلى المحيط. ولكنه يكون أقل فعالية في عملية نقل الموائع لمسافات بسبب كبر فرق الضغط عبر دخول وخروج المائع بالمقارنة مع أنابيب ذات مقاطع دائرية ضمن مدى معين من معدل التدفق.This paper presents a numerical study of heat transfer of a fully developed turbulent flow inside elliptical tube with different aspect ratio of constant surface area, by using (AL2O3-water) nanofluid with average nanoparticles diameter (20 nm). Multi-phase mixture model has been used to calculate the Nusselt number, nanofluid velocity, and pressure drop. “The three-dimensional Navier-Stokes”, energy, and volume fraction equations are solved by ANSYS fluent with “finite volume method (FVM)”. The numerical results show reasonable acceptance with error bounds approximately to (10.34%) upon pervious experimental works. It is found that the increase in nanoparticles “volume concentration (φ)” will increase the Nusselt number with little “pressure drop” rise. The elliptical tube with 0.25 aspect ratio gives best enhancement in heat transfer compared with circular tube with maximum Nusselt number (52.9%) and nanofluid volume concentration of 1.5%, but it is less effective in the process of transporting fluids to distance due to the high pressure drops between entry and exit of fluid compared to tube with circular sections within a certain range of Reynolds number (3000-9240)