در سالیان اخیر توجه به مسئله بهبود انتقال حرارت در علوم مهندسی و صنعت، با سرعت افزاینده‌ای در حال رشد است، به طوری که هم اکنون به بخش بسیار مهمی از تحقیقات تجربی و نظری تبدیل شده است. در حال حاضر مقالات منتشر شده مرتبط با بهبود انتقال حرارت در سیستم‌های حرارتی حدود %10 کل مقالات مرتبط با مبحث انتقال حرارت را شامل می‌شوند [1]. بهبود انتقال حرارت با بهره گرفتن از روش‌های مرسوم باعث صرفه‌جویی قابل‌توجهی در هزینه‌ها و منابع انرژی و حفظ محیط زیست شده است. برهم زدن زیر لایه آرام در لایه مرزی جریان مغشوش، ایجاد جریان ثانویه، اتصال دوباره سیال جداشده به سطح، ایجاد تأخیر در توسعه لایه مرزی، تقویت ضریب هدایت حرارتی مؤثر سیال، افزایش اختلاف دما بین سطح و سیال و افزایش نرخ جریان سیال به صورت غیرفعال از جمله مهم‌ترین مکانیزم‌هایی هستند که منجر به افزایش انتقال حرارت از طریق جریان سیال می‌شوند [2].
روش‌های تقویت انتقال حرارت بر اساس یک طبقه‌بندی مرسوم و پذیرفته شده به دو دسته فعال و غیرفعال تقسیم می‌شوند [3]. روش‌های فعال به روش‌هایی گفته می‌شود که در آن بقای مکانیزم تقویت انتقال حرارت وابسته به وجود یک نیروی خارجی است. در حالی که در روش‌های غیرفعال نیازی به وجود چنین نیرویی نیست. جدول 1‑1 این طبقه‌بندی را به کل دقیق‌تر و با ذکر مهم‌ترین روش‌های موجود در هر دسته نمایش داده است.
استفاده از هر کدام از این روش‌ها به شرایط کاری موجود و نیازهای کاربر بستگی دارد. اما روش‌های فعال به دلیل استفاده دائمی از یک منبع توان معمولاً پرهزینه‌تر از روش‌های غیرفعال هستند. لذا روش‌های غیرفعال در زمینه‌های مختلف صنعت و تولید قدرت نقش پیشگام را دارند. مروری بر تاریخچه روش‌های غیرفعال نشان می‌دهد که فن‌آوری انتقال حرارت را می‌توان به سه نسل تقسیم کرد [4].
نسل اول بر کانال‌های ساده برای انتقال حرارت متمرکز بود. توسعه انتقال حرارت در نسل دوم به واسطه استفاده از تجهیزات و ابزار تقویت‌کننده دوبعدی که دارای ابعادی قابل‌مقایسه با ابعاد کانال بودند، ارتقا یافت. نسل سوم به واسطه استفاده از ابزار و تجهیزات سه‌بعدی (زبری‌های سه‌بعدی، برآمدگی‌ها و زائده‌ها) در مقیاس‌های ریزتر و حتی در حد میکرون زمینه بهبود انتقال حرارت را فراهم کرد.
| جدول 1‑1 –طبقه‌بندی روش‌های انتقال حرارت [3] | |
| روش‌های فعال | روش‌های غیرفعال |
| سطوح پرداخت‌شده | کمک‌کننده‌های مکانیکی |
| سطوح زبر | ارتعاش سطح |
| سطوح گسترش‌یافته | ارتعاش سیال |
| ابزارهای تقویت‌کننده جابه‌جا شده | میدان‌های الکتروستاتیکی |
| ابزارهای پیچش جریان | مکش یا دمش |
| لوله‌های مارپیچ | برخورد جت |
| افزودنی‌ها به سیالات | |
| ابزارهای کشش سطحی | |
1-2 روش‌های غیرفعال:
برخی از مهم‌ترین روش‌های غیرفعال مرتبط با تحقیق حاضر که امروزه دامنه کاربرد بسیار وسیعی را به خود اختصاص داده‌اند، در زیر به صورت اختصار تشریح می‌شوند.
1-2-1 سطوح زبر
سطوح زبر در انواع و اشکال مختلف تولید می‌شوند. کاربرد عمده سطوح زبر عموماً در جریان‌های تک فازی است. در جریان مغشوش درون مجاری یک ناحیه با سرعت کم در مجاورت دیواره‌ها تشکیل می‌شود که به عنوان زیر لایه لزج شناخته می‌شود. ضخامت این لایه برای شرایط جریان مغشوش توسعه‌یافته حدود3 تا 5 درصد شعاع لوله است [4] . این ناحیه دارای بیش‌ترین مقاومت حرارتی است. بنابراین هر روشی که زیر لایه لزج را حذف کند سبب تقویت انتقال حرارت خواهد شد. برای کنترل ساختار این لایه در حال حاضر دو روش مختلف به صورت گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد. یکی از این راه‌ها توسعه مناطق جدایش جریان نزدیک دیوار است که می‌توان با بهره گرفتن از یک چیدمان متناوب از مولد‌های گردابه (برآمدگی‌ها یا دندانه‌ها، سطوح مارپیچ، زبری و …) بر سر راه جریان آن را تأمین کرد. روش دیگر با تغییر شکل دادن سطح انتقال حرارت به شکل تورفتگی‌های سه‌بعدی (سوراخ، حفره) امکان‌پذیر است. البته وجود برخی زبری‌ها نظیر دندانه تا حد کمی باعث افزایش سطح انتقال حرارت نیز می‌شود که معمولاً تأثیر آن در مقایسه با تأثیر اغتشاش ناشی از دندانه‌ها بسیار ناچیز است. شکل 1‑1 الگوی جریان بعد از یک دندانه را نمایش می‌دهد.
فرم در حال بارگذاری ...
