Experimental investigation of heat transfer enhancement with nanofluid and twisted tape inserts in a circular tube

This paper presents an experimental study to investigate the heat transfer enhancement in a horizontal circular tube using three metal oxide (ZrO2 (80 nm), γ Al2O3 (20 nm), CuO (40 nm)– distilled water) nanofluids and fitted with three types of twisted tape (typical twisted tape, twisted tape with V-cut and clockwise-counter clockwise twisted tape) with twist ratios (TR=4, 6, 8). The studied concentrations of nanofluids are (φ = 0, 0.01, 0.05, 0.1, 0.5, 1, 2, 3% by volume) under fully developed turbulent flow and uniform heat flux condition. The experimental test rig includes all the required instruments to study the heat transfer enhancement. All the tests were carried out with Reynolds number range (2490-20100) and uniform heat flux (2108-9280 W/m2). The experimental study also includes preparation and measurement of properties of density, viscosity and specific heat of nanofluids. The pressure drop, wall temperature, flow rate, heat flux and temperature of nanofluids. For nanofluid, the maximum enhancement in the heat transfer (Nusselt number ratio) was (7.5), and the maximum thermal performance factor was (3.9) using (CuO)–distilled water nanofluid, clockwise-counter clockwise twisted tape with twist ratio (TR=4) at Reynolds number (2490) and concentration (φ=3%). The average Nusselt number and friction factor with Reynolds number, nanofluid concentration and twist ratio were correlated for each type of the used nanofluid. في هذا البحث، تم إجراء دراسة عملية لانتقال الحرارة و الجريان لثلاثة أنواع من الأشرطة الملتوية (typical, V-cut and clockwise-counter clockwis) تم تصنيعها بثلاثة نسب التواء (TR = 4, 6, 8) داخل أنبوب دائري أفقي. تم اختبار كل النماذج باستخدام ثلاثة أنواع من المواقع متناهية الدقة لأكاسيد معدنية هيZrO2(80(φ = 0, 0.01, 0.05, 0.1, و بتراكيز 0.5 nm), γ Al2O3 (20 nm), and CuO (40 nm))-distilled water by volume) 1، 2، 3 % لجريان اضطرابي كامل التشكل و بتأثير فيض حراري منتظم. الجانب العملي من الدراسة تضمن بناء منظومة اختبار تحتوي على أجهزة القياس و الآلات الضرورية لحساب مقدار التحسين في انتقال الحرارة باستخدام الأنواع الثلاثة للموائع متناهية الدقة و الأشرطة الملتوية. تم إجراء كافة الاختبارات في جريان اضطرابي كامل التشكل لمدى عدد رينولد (20100-2490) و مدى فيض حراري منتظم ( W / m29280-2108). كذلك تضمن هذا الجانب أعداد الموائع متناهية الدقة و قياس خواصها من كثافة و لزوجة و حرارة نوعية بالإضافة إلى قياس هبوط الضغط، درجات حرارة سطح الأنبوب و المائع داخل الأنبوب، معدل التدفق و مقدار الفيض الحراري. و في حلة الموائع متناهية الدقة فان نسبة عدد نسلت كانت (