Πειραματική διερεύνηση εσωτερικά εξαναγκασμένης συναγωγής νανορευστών σε τυρβώδη ροή

Abstract

Αντικείμενο της πτυχιακής εργασίας, είναι η μελέτη του μηχανισμού της συναγωγής γνωστός στη βιβλιογραφία και ως Internal Forced Convection που βρίσκει εφαρμογή κατά τη θέρμανση αγωγού, εντός του οποίου κινείται ρευστό. Η αναζήτηση στερεών σωματιδίων με τιμές θερμικής αγωγιμότητας αρκετά υψηλότερες από εκείνες των συμβατικών υγρών, μπορεί να οδηγήσει στη βελτίωση της θερμικής αγωγιμότητας του ιδίου του ρευστού με τη διασπορά εντός αυτού, μικρής ποσότητας υπέρλεπτων στερεών σωματιδίων. Πρόκειται για τα λεγόμενα νανορευστά των οποίων η εφαρμογή τους αναμένεται να έχει θετικά αποτελέσματα στη βελτίωση της μεταφοράς θερμότητας αλλά και σε συγκεκριμένους τομείς όπως της Ιατρικής, του περιβάλλοντος, της Μηχανολογίας, κ.ά. Πιο αναλυτικά η δομή της εργασίας υποδιαιρείται σε κεφάλαια ως ακολούθως: Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στη γενική περιγραφή της εσωτερικής ροής και των μεγεθών που σχετίζονται με αυτήν όπως της μέσης ταχύτητας και της θερμοκρασίας, του θερμοδυναμικού μήκους, του μήκους θερμικής εισόδου. Επίσης συζητούνται οι έννοιες της αναπτυσσόμενης ροής καθώς και της πλήρους ανεπτυγμένης ροής με τη βοήθεια και κατασκευή των προφίλ ταχύτητας και θερμοκρασίας, ενώ αναφέρονται σχέσεις για τον παράγοντα τριβής και τον αριθμό Nusselt. Επίσης κατασκευάζονται οι αναλυτικές εκφράσεις για το προφίλ των ταχυτήτων, της πτώσης πίεσης, του παράγοντα τριβής και του αριθμού Nusselt στην πλήρως ανεπτυγμένη στρωτή ροή. Βασική πηγή για την περιγραφή της υπό μελέτη ροής αποτέλεσε το σύγγραμμα «Μεταφορά Μάζας και Θερμότητας» των Cengel Y. και Ghajar A. που αποτελεί μέχρι σήμερα το πλέον αποδεκτό handbookστην ανάπτυξη προβλημάτων μετάδοσης θερμότητας σε παγκόσμια κλίμακα.

Στο δεύτερο κεφάλαιο αναφέρεται στην έννοια των νανορευστών αλλά και σε διάφορα άρθρα και ερευνητές που μελετούν την συναγωγή με πειραματικές και αριθμητικές μελέτες κάνοντας ανάλυση δεδομένων. Στο τρίτο κεφάλαιο αναλύεται η πειραματική εγκατάσταση που κατασκευάστηκε και χρησιμοποιήθηκε για την μελέτη του μηχανισμού της συναγωγής με ρευστό και συγκεκριμένα με απιονισμένο νερό. Στο τέταρτο κεφάλαιο βρίσκονται όλα τα πειραματικά αποτελέσματα που λάβαμε από συγκεκριμένο πρόγραμμα δεδομένων για έξι συγκεκριμένες περιπτώσεις θερμοκρασιών αλλά και τα πειραματικά διαγράμματα που εφαρμόσαμε για αυτές τις συγκεκριμένες περιπτώσεις. Τέλος στο πέμπτο κεφάλαιο αναφέρονται τα συμπεράσματα για την πειραματική εγκατάσταση.