چکیده: امروزه محدودیت استفاده از سوخت‌های فسیلی موجب شد تا بهینه‌سازی مصرف انرژی بیش از پیش مورد توجه قرار گیرد. مبدل‌های حرارتی یکی از مهم‌ترین بخش‌های صنعت است که مستقیماً با مصرف انرژی ارتباط دارد. از این رو تکنیک‌های افزایش انتقال حرارت اهمیت ویژه‌ای می‌یابد. استفاده از نانوسیالات، محیط‌های متخلخل و تغییر شکل هندسی مبدل روش‌هایی است که در این تحقیق برای بهبود انتقال حرارت بکار گرفته شده است. نانوسیال از معلق‌سازی نانوذرات در سیال پایه تولید می‌شوند و محیط‌های متخلخل نیز محیط‌هایی هستند که بصورت منظم یا نامنظم در ساختار آنها از ذرات و قسمت‌های جامد استفاده شده است. همچنین در کویل مارپیچ، نیروی گریز از مرکز که عامل بوجودآورنده جریان ثانویه است، سبب افزایش ضریب انتقال حرارت می‌شود. با توجه به مطالعات انجام شده در این زمینه، بررسی آزمایشگاهی انتقال حرارت جابه‌جایی طبیعی و ناپایا نانوسیال در اطراف یک لوله متخلخل، کویل مارپیچ و همچنین مقایسه این دو تاکنون انجام نشده است و این کار از اولین تحقیقات انجام شده در این حوزه می‌باشد. در این مطالعه انتقال حرارت جابه‌جایی طبیعی گذرای سیال درون یک مخزن استوانه‌ای شکل عمودی که توسط جریان در لوله تعبیه شده در مرکز آن خنک می‌شود، بصورت تجربی در محدوده رینولدز 700 تا 5500 مورد بررسی قرار گرفته شده است. در این آزمایش از نانوسیال آب- اکسید مس با درصد حجمی 0/1 و 0/2 (تولید شده با اندازه 40 نانومتر) که با روش دو مرحله‌ای ساخته شده به‌عنوان سیال عامل خنک‌کار جریان یافته در لوله مرکزی استفاده شده است. سیال داخل مخزن آب با دمای اولیه 70 درجه سانتی‌گراد است که به‌مدت 600 ثانیه توسط سیال در لوله داخلی خنک‌ می‌شود. دمای ورودی لوله خنک‌کار در طول آزمایش ثابت و 27 درجه سانتی‌گراد می‌باشد. در این تحقیق عملکرد حرارتی کویل مارپیچ، لوله متخلخل و لوله خالی مستقیم که جهت خنک‌کاری در مخزن تعبیه شده است بررسی و مقایسه شده است. لازم به ذکر است که عواملی همچون جنس، ارتفاع عمودی و مساحت سطح خارجی در هر سه لوله خنک‌کاری یکسان در نظر گرفته شده است. افت فشار در طول لوله آزمایش نیز در هر حالت ثبت و گزارش می‌شود. آزمایش‌ها در رینولدز‌های مختلف و در هر رینولدز چند مرتبه تکرار شده و نتایج آن بوسیله روش آماری بازه اطمینان محاسبه می‌شوند. همچنین از حل عددی و استفاده از روابط موجود برای جریان جابه‌جایی اجباری در لوله خنک‌کار جهت صحت‌سنجی نتایج استفاده شده است. نتایج این مقایسه حاکی از خطای قابل قبول نسبت به نتایج پیش‌بینی شده است. نتایج بدست‌آمده نشان‌گر کاهش بیشینه 15%، 20% و 6% دمای مخزن به‌ترتیب در مبدل لوله خالی مستقیم، کویل مارپیچ و لوله با محیط متخلخل با استفاده از نانوسیال به‌عنوان سیال خنک‌کار در لوله مرکزی نسبت به سیال پایه می‌باشد. بیشینه کاهش 42% و 45% دمای مخزن به‌ترتیب در کویل مارپیچ و لوله با محیط متخلخل نسبت به لوله خالی مستقیم بطوری‌که نانوسیال آب- اکسید مس 0/2% به‌عنوان سیال خنک‌کار باشد، مشاهده شده است. علاوه برآن بیشینه حرارت کلی دفع شده از مخزن با کویل مارپیچ و لوله متخلخل با نانوسیال 0/2% به‌ترتیب1/4 و 1/6 برابر حرارت دفع شده از مبدل لوله خالی مستقیم با سیال پایه در لوله مرکزی می‌باشد. از نتایج جالب این مطالعه افزایش بهبود عملکرد مبدل لوله متخلخل نسبت به مبدل با کویل مارپیچ در رینولدزهای پایین و عکس آن در رینولدزهای بالا (افزایش بهبود عمکرد کویل مارپیچ به لوله با محیط متخلخل در رینولدزهای بالا) را می‌توان اشاره کرد. افزایش افت فشار در محیط متخلخل و کویل مارپیچ نسبت به لوله خالی مستقیم مشاهده شده است. همچنین افزایش افت فشار نانوسیال نسبت به سیال پایه در تمامی حالات کاملاً مشهود می‌باشد.