Kiitos vierailustasi Nature.comissa.Käytät selainversiota, jossa on rajoitettu CSS-tuki.Parhaan kokemuksen saamiseksi suosittelemme käyttämään päivitettyä selainta (tai poistamaan Yhteensopivuustila käytöstä Internet Explorerissa).Lisäksi jatkuvan tuen varmistamiseksi näytämme sivuston ilman tyylejä ja JavaScriptiä.
Liukusäätimet, joissa näkyy kolme artikkelia per dia.Käytä Takaisin- ja Seuraava-painikkeita liikkuaksesi diojen välillä tai diaohjaimen painikkeita lopussa.
304 10*1mm ruostumattomasta teräksestä valmistettu kierreputki Kiinassa
Koko: 3/4 tuumaa, 1/2 tuumaa, 1 tuumaa, 3 tuumaa, 2 tuumaa
Yksikön putken pituus: 6 metriä
Teräslaatu: 201, 304 ja 316
Luokka: 201, 202, 304, 316, 304L, 316 L,
Materiaali: RUOSTUMATON TERÄS
Kunto: Uusi
Ruostumaton teräsputki kela
Koko: 3/4 tuumaa, 1/2 tuumaa, 1 tuumaa, 3 tuumaa, 2 tuumaa
Yksikön putken pituus: 6 metriä
Teräslaatu: 201, 304 ja 316
Luokka: 201, 202, 304, 316, 304L, 316 L,
Materiaali: RUOSTUMATON TERÄS
Kunto: Uusi
Kovalenttisia ja ei-kovalenttisia nanofluideja testattiin pyöreissä putkissa, jotka oli varustettu kierretyillä teippisisäkkeillä, joiden heliksikulmat olivat 45° ja 90°.Reynoldsin luku oli 7000 ≤ Re ≤ 17000, lämpöfysikaaliset ominaisuudet arvioitiin 308 K:ssa. Fysikaalinen malli ratkaistaan numeerisesti käyttämällä kaksiparametrista turbulenttiviskositeettimallia (SST k-omega turbulenssi).Työssä otettiin huomioon nanofluidien ZNP-SDBS@DV ja ZNP-COOH@DV pitoisuudet (0,025 paino-%, 0,05 paino-% ja 0,1 paino-%).Kierrettyjen putkien seinämiä lämmitetään vakiolämpötilaan 330 K. Tässä tutkimuksessa tarkasteltiin kuutta parametria: ulostulolämpötila, lämmönsiirtokerroin, keskimääräinen Nusselt-luku, kitkakerroin, painehäviö ja suorituskyvyn arviointikriteerit.Molemmissa tapauksissa (heliksikulmat 45° ja 90°) ZNP-SDBS@DV-nanofluidilla oli korkeammat lämpöhydrauliset ominaisuudet kuin ZNP-COOH@DV:llä, ja se kasvoi massaosuuden kasvaessa, esimerkiksi 0,025 painoprosenttia.ja 0,05 paino-on 1.19.% ja 1,26 - 0,1 paino-%.Molemmissa tapauksissa (kierrekulma 45° ja 90°) termodynaamisten ominaisuuksien arvot käytettäessä GNP-COOH@DW:tä ovat 1,02 0,025 paino-%:lle, 1,05 0,05 paino-%.ja 1,02 0,1 paino-%:lle.
Lämmönvaihdin on termodynaaminen laite 1, jota käytetään siirtämään lämpöä jäähdytys- ja lämmitystoimintojen aikana.Lämmönvaihtimen lämpöhydrauliset ominaisuudet parantavat lämmönsiirtokerrointa ja vähentävät käyttönesteen vastusta.Lämmönsiirron parantamiseksi on kehitetty useita menetelmiä, mukaan lukien turbulenssin tehostajat2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 ja nanofluidit12,13,14,15.Kierretty teippi on yksi menestyneimmistä menetelmistä parantaa lämmönsiirtoa lämmönvaihtimissa sen helppohoitoisuuden ja alhaisten kustannusten ansiosta7,16.
Sarjassa kokeellisia ja laskennallisia tutkimuksia tutkittiin nanonesteiden ja lämmönvaihtimien seosten hydrotermisiä ominaisuuksia kierretyillä teippisisäkkeillä.Kokeellisessa työssä tutkittiin kolmen erilaisen metallisen nanofluidin (Ag@DW, Fe@DW ja Cu@DW) hydrotermisiä ominaisuuksia neulakierretyllä nauhalämmönvaihtimella (STT)17.Pohjaputkeen verrattuna STT:n lämmönsiirtokerroin on parantunut 11 % ja 67 %.SST-asetelma on taloudelliselta kannalta paras tehokkuuden kannalta parametrilla α = β = 0,33.Lisäksi Ag@DW:llä havaittiin 18,2 %:n lisäys n:ssä, vaikka painehäviön maksimilisäys oli vain 8,5 %.Lämmönsiirron ja painehäviön fysikaalisia prosesseja samankeskisissä putkissa kiertetyillä turbulaattoreilla ja ilman niitä tutkittiin käyttämällä Al2O3@DW-nanofluidin turbulentteja virtauksia pakotetulla konvektiolla.Suurin keskimääräinen Nusselt-luku (Nuavg) ja painehäviö havaitaan arvolla Re = 20 000, kun kelan nousu = 25 mm ja Al2O3@DW-nanofluidi 1,6 tilavuus%.Laboratoriotutkimuksia on myös tutkittu lähes pyöreiden WC-osilla varustettujen putkien läpi virtaavien grafeenioksidinanofluidien (GO@DW) lämmönsiirto- ja painehäviöominaisuuksien tutkimiseksi.Tulokset osoittivat, että 0,12 tilavuusprosenttia GO@DW lisäsi konvektiivista lämmönsiirtokerrointa noin 77 %.Toisessa kokeellisessa tutkimuksessa nanofluideja (TiO2@DW) kehitettiin tutkimaan kierretyillä teippisisäkkeillä varustettujen kuoppaisten putkien lämpöhydraulisia ominaisuuksia20.Suurin hydroterminen hyötysuhde 1,258 saavutettiin käyttämällä 0,15 tilavuusprosenttia TiO2@DW-liuosta, joka oli upotettu 45° kalteviin akseleihin, joiden kierretekijä oli 3,0.Yksivaiheiset ja kaksivaiheiset (hybridi) simulaatiomallit ottavat huomioon CuO@DW-nanonesteiden virtauksen ja lämmönsiirron eri kiintoainepitoisuuksilla (1–4 % tilavuus%)21.Yhdellä kierretyllä teipillä työnnetyn putken maksimi lämpöhyötysuhde on 2,18 ja kahdella kierretyllä teipillä samoissa olosuhteissa 2,04 (kaksivaiheinen malli, Re = 36 000 ja 4 til.%).Karboksimetyyliselluloosan (CMC) ja kuparioksidin (CuO) ei-newtonilaista turbulenttista nanofluidivirtausta pääputkissa ja kierretyillä sisäkkeillä varustetuissa putkissa on tutkittu.Nuavg:n parannus on 16,1 % (pääputkilinjalla) ja 60 % (kierreputkella, jonka suhde on (H/D = 5)).Yleensä pienempi kierre-nauha-suhde johtaa suurempaan kitkakertoimeen.Kokeellisessa tutkimuksessa tutkittiin kierreteipillä (TT) ja keloilla (VC) varustettujen putkien vaikutusta lämmönsiirto- ja kitkakertoimen ominaisuuksiin CuO@DW-nanofluideilla.Käytettäessä 0,3 vol.%-CuO@DW arvolla Re = 20 000 mahdollistaa lämmönsiirron lisäämisen VK-2 putkessa maksimiarvoon 44,45 %.Lisäksi käytettäessä kierrettyä parikaapelia ja kelan sisäkettä samoissa reunaolosuhteissa kitkakerroin kasvaa kertoimilla 1,17 ja 1,19 verrattuna DW:hen.Yleensä keloihin lisättyjen nanonesteiden lämpötehokkuus on parempi kuin säikeisiin lankoihin lisättyjen nanofluidien.Pyörivän (MWCNT@DW) nanofluidivirtauksen tilavuusominaiskäyrää tutkittiin spiraalilangaan työnnetyn vaakaputken sisällä.Lämpötehoparametrit olivat kaikissa tapauksissa > 1, mikä viittaa siihen, että nanofluidiikkeiden yhdistelmä kela-insertin kanssa parantaa lämmönsiirtoa kuluttamatta pumpputehoa.Tiivistelmä – Kaksiputkisen lämmönvaihtimen hydrotermisiä ominaisuuksia, joissa on useita muunnellusta kierretystä V-muotoisesta nauhasta (VcTT) valmistettuja sisäosia, on tutkittu Al2O3 + TiO2@DW-nanofluidin turbulenttisen virtauksen olosuhteissa.Verrattuna perusputkien DW:hen Nuavg on parantunut merkittävästi, 132 %, ja kitkakerroin jopa 55 %.Lisäksi käsiteltiin Al2O3+TiO2@DW-nanokomposiitin energiatehokkuutta kaksiputkisessa lämmönvaihtimessa26.He havaitsivat tutkimuksessaan, että Al2O3 + TiO2@DW:n ja TT:n käyttö paransi eksergiatehokkuutta DW:hen verrattuna.Singh ja Sarkar27 käyttivät samankeskisissä putkimaisissa lämmönvaihtimissa VcTT-turbulaattoreilla faasimuutosmateriaaleja (PCM), dispergoituja yksittäisiä/nanokomposiittinanofluideja (Al2O3@DW PCM:llä ja Al2O3 + PCM:llä).He raportoivat, että lämmönsiirto ja painehäviö lisääntyvät, kun kierrekerroin pienenee ja nanopartikkelipitoisuus kasvaa.Suurempi V-loven syvyystekijä tai pienempi leveyskerroin voi tarjota suuremman lämmönsiirron ja painehäviön.Lisäksi grafeeniplatinaa (Gr-Pt) on käytetty lämmön, kitkan ja kokonaisentropian muodostumisnopeuden tutkimiseen putkissa, joissa on 2-TT28-insertti.Heidän tutkimuksensa osoitti, että pienempi prosenttiosuus (Gr-Pt) vähensi merkittävästi lämmön entropian muodostumista verrattuna suhteellisen korkeampaan kitkanentropian kehitykseen.Sekoitettuja Al2O3@MgO nanonesteitä ja kartiomaista WC:tä voidaan pitää hyvänä seoksena, koska suurempi suhde (h/Δp) voi parantaa kaksiputkisen lämmönvaihtimen hydrotermistä suorituskykyä 29 .Numeerista mallia käytetään sellaisten lämmönvaihtimien energiansäästö- ja ympäristötehokkuuden arvioimiseen, joissa on erilaisia kolmiosaisia hybridianonofluideja (THNF) (Al2O3 + grafeeni + MWCNT), jotka on ripustettu DW30:een.Koska sen suorituskyvyn arviointikriteerit (PEC) ovat välillä 1,42–2,35, vaaditaan Depressed Twisted Turbulizer Insert (DTTI) ja (Al2O3 + grafeeni + MWCNT) yhdistelmä.
Tähän mennessä kovalenttisen ja ei-kovalenttisen funktionalisoinnin rooliin lämpönesteiden hydrodynaamisessa virtauksessa on kiinnitetty vain vähän huomiota.Tämän tutkimuksen erityistarkoituksena oli verrata nanofluidien (ZNP-SDBS@DV) ja (ZNP-COOH@DV) lämpöhydraulisia ominaisuuksia kierretyissä teippiinserteissä, joiden heliksikulmat ovat 45° ja 90°.Lämpöfysikaaliset ominaisuudet mitattiin lämpötilassa Tin = 308 K. Tässä tapauksessa vertailuprosessissa otettiin huomioon kolme massaosuutta, kuten (0,025 painoprosenttia, 0,05 painoprosenttia ja 0,1 painoprosenttia).Leikkausjännityksen siirtoa 3D turbulenttivirtausmallissa (SST k-ω) käytetään termis-hydraulisten ominaisuuksien ratkaisemiseen.Siten tämä tutkimus antaa merkittävän panoksen positiivisten ominaisuuksien (lämmönsiirto) ja negatiivisten ominaisuuksien (kitkan paineen aleneminen) tutkimukseen ja osoittaa tällaisten teknisten järjestelmien todellisten käyttönesteiden lämpöhydrauliset ominaisuudet ja optimoinnin.
Peruskokoonpano on sileä putki (L = 900 mm ja Dh = 20 mm).Kierretyn nauhan mitat (pituus = 20 mm, paksuus = 0,5 mm, profiili = 30 mm).Tässä tapauksessa spiraaliprofiilin pituus, leveys ja isku olivat 20 mm, 0,5 mm ja 30 mm.Kierretyt nauhat ovat kaltevia 45° ja 90°.Erilaisia käyttönesteitä, kuten DW, ei-kovalenttiset nanofluidit (GNF-SDBS@DW) ja kovalenttiset nanofluidit (GNF-COOH@DW) Tin = 308 K:ssa, kolme eri massapitoisuutta ja eri Reynolds-luvut.Testit suoritettiin lämmönvaihtimen sisällä.Spiraaliputken ulkoseinämä kuumennettiin tasaiseen pintalämpötilaan 330 K lämmönsiirtoa parantavien parametrien testaamiseksi.
KuvassaKuvio 1 esittää kaaviomaisesti kierrettyä nauhan sisäänvientiputkea soveltuvine reunaehtoineen ja verkkoalueen kanssa.Kuten aiemmin mainittiin, nopeuden ja paineen rajaehdot koskevat heliksin tulo- ja poistoaukkoa.Vakiopintalämpötilassa putken seinämään asetetaan liukumattomuus.Nykyisessä numeerisessa simulaatiossa käytetään painepohjaista ratkaisua.Samaan aikaan ohjelman (ANSYS FLUENT 2020R1) avulla muunnetaan osittaisdifferentiaaliyhtälö (PDE) algebrallinen yhtälöjärjestelmäksi äärellisen tilavuuden menetelmällä (FMM).Toisen asteen SIMPLE-menetelmä (puoliimplisiittinen menetelmä peräkkäisille paineriippuvaisille yhtälöille) liittyy nopeus-paineeseen.On korostettava, että massa-, liikemäärä- ja energiayhtälöiden jäännösten konvergenssi on pienempi kuin 103 ja vastaavasti 106.
p Fysikaalisten ja laskennallisten alueiden kaavio: (a) heliksikulma 90°, (b) kierrekulma 45°, (c) ei kierteistä terää.
Nanonesteiden ominaisuuksien selittämiseen käytetään homogeenista mallia.Lisäämällä nanomateriaaleja perusnesteeseen (DW) muodostuu jatkuva neste, jolla on erinomaiset lämpöominaisuudet.Tässä suhteessa perusnesteen ja nanomateriaalin lämpötilalla ja nopeudella on sama arvo.Edellä olevista teorioista ja oletuksista johtuen tehokas yksivaihevirtaus toimii tässä tutkimuksessa.Useat tutkimukset ovat osoittaneet yksivaiheisten tekniikoiden tehokkuuden ja sovellettavuuden nanofluidivirtaukseen31,32.
Nanonesteiden virtauksen tulee olla newtonilaista turbulenttia, kokoonpuristumatonta ja paikallaan pysyvää.Puristustyöllä ja viskoosisella lämmityksellä ei ole merkitystä tässä tutkimuksessa.Lisäksi putken sisä- ja ulkoseinien paksuutta ei oteta huomioon.Siksi lämpömallin määrittelevät massa-, liikemäärä- ja energiansäästöyhtälöt voidaan ilmaista seuraavasti:
missä \(\overrightarrow{V}\) on keskinopeusvektori, Keff = K + Kt on kovalenttisten ja ei-kovalenttisten nanofluidien tehollinen lämmönjohtavuus ja ε on energian häviämisnopeus.Taulukossa esitetyt nanonesteiden tehokkaat lämpöfysikaaliset ominaisuudet, mukaan lukien tiheys (ρ), viskositeetti (μ), ominaislämpökapasiteetti (Cp) ja lämmönjohtavuus (k), mitattiin kokeellisessa tutkimuksessa 308 K1:n lämpötilassa käytettynä. näissä simulaattoreissa.
Turbulentin nanofluidivirtauksen numeeriset simulaatiot tavanomaisissa ja TT-putkissa suoritettiin Reynolds-luvuilla 7000 ≤ Re ≤ 17 000. Nämä simulaatiot ja konvektiiviset lämmönsiirtokertoimet analysoitiin Mentorin κ-ω turbulenssimallilla leikkausjännityksen siirron (SST) keskiarvolla Reynolds-turbulenssista. malli Navier-Stokes, jota käytetään yleisesti aerodynaamisessa tutkimuksessa.Lisäksi malli toimii ilman seinätoimintoa ja on tarkka lähellä seiniä 35,36.(SST) κ-ω turbulenssimallia hallitsevat yhtälöt ovat seuraavat:
missä \(S\) on jännitysnopeuden arvo ja \(y\) on etäisyys viereiseen pintaan.Sillä välin \({\alpha}_{1}\), \({\alpha}_{2}\), \({\beta}_{1}\), \({\beta}_{ 2 }\), \({\beta}^{*}\), \({\sigma}_{{k}_{1}}\), \({\sigma}_{{k}_{ 2 }}\), \({\sigma}_{{\omega}_{1}}\) ja \({\sigma}_{{\omega}_{2}}\) tarkoittavat kaikkia mallivakioita.F1 ja F2 ovat sekafunktioita.Huomautus: F1 = 1 rajakerroksessa, 0 vastaantulevassa virtauksessa.
Suorituskyvyn arviointiparametreilla tutkitaan esimerkiksi turbulenttia konvektiivista lämmönsiirtoa, kovalenttista ja ei-kovalenttista nanofluidivirtausta31:
Tässä yhteydessä (\(\rho\)), (\(v\)), (\({D}_{h}\)) ja (\(\mu\)) käytetään tiheydelle, nesteen nopeudelle , hydraulinen halkaisija ja dynaaminen viskositeetti.(\({C}_{p}\, \mathrm{u}\, k\)) – virtaavan nesteen ominaislämpökapasiteetti ja lämmönjohtavuus.Myös (\(\piste{m}\)) viittaa massavirtaukseen ja (\({T}_{out}-{T}_{in}\)) viittaa tulon ja ulostulon lämpötilaeroon.(NFs) viittaa kovalenttisiin, ei-kovalenttisiin nanonesteisiin ja (DW) viittaa tislattuun veteen (perusnesteeseen).\({A}_{s} = \pi DL\), \({\overline{T}}_{f}=\frac{\left({T}_{out}-{T}_{in }\right)}{2}\) ja \({\overline{T}}_{w}=\sum \frac{{T}_{w}}{n}\).
Perusnesteen (DW), ei-kovalenttisen nanofluidin (GNF-SDBS@DW) ja kovalenttisen nanofluidin (GNF-COOH@DW) lämpöfysikaaliset ominaisuudet on otettu julkaistusta kirjallisuudesta (kokeelliset tutkimukset), Sn = 308 K, kuten on esitetty taulukossa 134. Tyypillisessä kokeessa ei-kovalenttisen (GNP-SDBS@DW) nanofluidin saamiseksi, jolla on tunnetut massaprosentit, tietyt grammat primäärisiä GNP:itä punnittiin aluksi digitaalisella vaa'alla.Painosuhde SDBS/natiivi GNP on (0,5:1) painotettu DW:nä.Tässä tapauksessa kovalenttisia (COOH-GNP@DW) nanofluideja syntetisoitiin lisäämällä karboksyyliryhmiä GNP:n pintaan käyttäen vahvasti hapanta väliainetta HNO3:n ja H2SO4:n tilavuussuhteella (1:3).Kovalenttiset ja ei-kovalenttiset nanofluidit suspendoitiin DW:hen kolmella eri painoprosentilla, kuten 0,025 painoprosenttia, 0,05 painoprosenttia.ja 0,1 % massasta.
Verkkojen riippumattomuustestit suoritettiin neljällä eri laskenta-alueella sen varmistamiseksi, että verkon koko ei vaikuta simulaatioon.45° vääntöputkessa yksiköiden lukumäärä 1,75 mm on 249 033 kappaletta, yksikkökoko 2 mm on 307 969 kappaletta, yksikkökoko 2,25 mm on 421 406 kappaletta ja yksiköiden lukumäärä yksikön koolla 2,5 mm 564 940.Lisäksi 90° kierretyn putken esimerkissä elementtikoko 1,75 mm on 245 531 kappaletta, 2 mm elementtikoolla 311 584 elementtiä, 2,25 mm elementtikokoisia elementtejä on 422 708 ja elementtien lukumäärä, joiden elementtikoko on 2,5 mm, on vastaavasti 573 826.Lämpöominaisuuksien lukemien, kuten (Tout, htc ja Nuavg), tarkkuus kasvaa elementtien määrän pienentyessä.Samanaikaisesti kitkakertoimen ja painehäviön arvojen tarkkuus osoitti täysin erilaista käyttäytymistä (kuva 2).Hilikkoa (2) käytettiin pääverkkoalueena lämpöhydraulisten ominaisuuksien arvioimiseksi simuloidussa tapauksessa.
Lämmönsiirron ja painehäviön testaus verkosta riippumatta käyttämällä 45° ja 90° kulmaan kierrettyjä DW-putkipareja.
Nykyiset numeeriset tulokset on validoitu lämmönsiirtokyvylle ja kitkakertoimelle käyttämällä hyvin tunnettuja empiirisiä korrelaatioita ja yhtälöitä, kuten Dittus-Belter, Petukhov, Gnelinsky, Notter-Rouse ja Blasius.Vertailu suoritettiin ehdolla 7000≤Re≤17000.Kuvan mukaan3, keskimääräiset ja maksimivirheet simulointitulosten ja lämmönsiirtoyhtälön välillä ovat 4,050 ja 5,490 % (Dittus-Belter), 9,736 ja 11,33 % (Petuhov), 4,007 ja 7,483 % (Gnelinsky) ja 3,883 % 7 % (4,893 % ja ). Nott-Belter).Ruusu).Tässä tapauksessa keskimääräiset ja maksimivirheet simulaatiotulosten ja kitkakerroinyhtälön välillä ovat 7,346 % ja 8,039 % (Blasius) ja 8,117 % ja 9,002 % (Petuhov).
DW:n lämmönsiirto ja hydrodynaamiset ominaisuudet eri Reynolds-luvuilla käyttäen numeerisia laskelmia ja empiirisiä korrelaatioita.
Tässä osiossa käsitellään ei-kovalenttisten (LNP-SDBS) ja kovalenttisten (LNP-COOH) vesipitoisten nanofluidien lämpöominaisuuksia kolmella eri massafraktiolla ja Reynoldsin lukuja keskiarvoina suhteessa perusnesteeseen (DW).Kierukkahihnalämmönvaihtimien kahta geometriaa (kierrekulma 45° ja 90°) käsitellään arvoilla 7000 ≤ Re ≤ 17000.Kuva 4 näyttää keskilämpötilan nanofluidin lähtökohdassa perusnesteeseen (DW) (\(\frac{{{T}_{out}}_{NFs}}{{{T}_{out}}_{ DW}}\)) (0,025 painoprosenttia, 0,05 painoprosenttia ja 0,1 painoprosenttia).(\(\frac{{{T}_{out}}_{NFs}}{{{T}_{out}}_{DW}}\)) on aina pienempi kuin 1, mikä tarkoittaa, että ulostulolämpötila on ei-kovalenttinen (VNP-SDBS) ja kovalenttiset (VNP-COOH) nanofluidit ovat perusnesteen ulostulon lämpötilan alapuolella.Pienin ja suurin vähennys oli 0,1 painoprosenttia COOH@GNPs ja 0,1 painoprosenttia SDBS@GNPs, vastaavasti.Tämä ilmiö johtuu Reynoldsin luvun kasvusta vakiomassaosuudella, mikä johtaa nanofluidin ominaisuuksien (eli tiheyden ja dynaamisen viskositeetin) muutokseen.
Kuviot 5 ja 6 esittävät nanofluidin ja perusnesteen (DW) keskimääräiset lämmönsiirtoominaisuudet (0,025 paino-%, 0,05 paino-% ja 0,1 paino-%).Keskimääräiset lämmönsiirto-ominaisuudet ovat aina suurempia kuin 1, mikä tarkoittaa, että ei-kovalenttisten (LNP-SDBS) ja kovalenttisten (LNP-COOH) nanonesteiden lämmönsiirtoominaisuudet paranevat perusnesteeseen verrattuna.0,1 painoprosenttia COOH@GNP:tä ja 0,1 painoprosenttia SDBS@GNP:tä saavuttivat pienimmän ja suurimman lisäyksen.Kun Reynolds-luku kasvaa suuremman nesteen sekoittumisen ja putken 1 turbulenssin vuoksi, lämmönsiirtokyky paranee.Nesteet pienten rakojen läpi saavuttavat suurempia nopeuksia, jolloin tuloksena on ohuempi nopeus/lämpörajakerros, mikä lisää lämmönsiirtonopeutta.Lisäämällä nanohiukkasia perusnesteeseen voi olla sekä positiivisia että negatiivisia tuloksia.Hyödyllisiä vaikutuksia ovat lisääntyneet nanopartikkelien törmäykset, edulliset nesteen lämmönjohtavuusvaatimukset ja tehostunut lämmönsiirto.
Nanofluidin lämmönsiirtokerroin perusnesteeseen riippuen Reynolds-luvusta 45° ja 90° putkille.
Samanaikaisesti negatiivinen vaikutus on nanofluidin dynaamisen viskositeetin kasvu, mikä vähentää nanofluidin liikkuvuutta, mikä pienentää keskimääräistä Nusselt-lukua (Nuavg).Nanofluidien (ZNP-SDBS@DW) ja (ZNP-COOH@DW) lisääntyneen lämmönjohtavuuden pitäisi johtua Brownin liikkeestä ja DW37:ään suspendoituneiden grafeeninanohiukkasten mikrokonvektiosta.Nanofluidin (ZNP-COOH@DV) lämmönjohtavuus on korkeampi kuin nanofluidilla (ZNP-SDBS@DV) ja tislatulla vedellä.Nanomateriaalien lisääminen perusnesteeseen lisää niiden lämmönjohtavuutta (taulukko 1)38.
Kuva 7 havainnollistaa nanonesteiden keskimääräistä kitkakerrointa perusnesteen (DW) kanssa (f(NFs)/f(DW)) massaprosentteina (0,025 %, 0,05 % ja 0,1 %).Keskimääräinen kitkakerroin on aina ≈1, mikä tarkoittaa, että ei-kovalenttisilla (GNF-SDBS@DW) ja kovalenttisilla (GNF-COOH@DW) nanofluideilla on sama kitkakerroin kuin perusnesteellä.Lämmönvaihdin, jossa on vähemmän tilaa, aiheuttaa enemmän virtauksen esteitä ja lisää virtauksen kitkaa1.Pohjimmiltaan kitkakerroin kasvaa hieman nanofluidin massaosuuden kasvaessa.Suuremmat kitkahäviöt johtuvat nanofluidin lisääntyneestä dynaamisesta viskositeetista ja lisääntyneestä pinnan leikkausjännityksestä, kun nanografeenin massaprosentti on suurempi perusnesteessä.Taulukko (1) osoittaa, että nanofluidin (ZNP-SDBS@DV) dynaaminen viskositeetti on korkeampi kuin nanofluidin (ZNP-COOH@DV) samalla painoprosentilla, mikä liittyy pintavaikutusten lisäykseen.aktiiviset aineet ei-kovalenttisessa nanofluidissa.
KuvassaKuva 8 näyttää nanonesteen verrattuna perusnesteeseen (DW) (\(\frac{{\Delta P}_{NFs}}{{\Delta P}_{DW}}\)) arvoilla (0,025 %, 0,05 % ja 0,1 % ).Ei-kovalenttisella (GNPs-SDBS@DW) nanofluidilla oli suurempi keskimääräinen painehäviö, ja massaprosentin kasvu 2,04 %:iin 0,025 paino-%:lla ja 2,46 % 0,05 paino-%:lla.ja 3,44 % 0,1 paino-%:lle.kotelon suurennus (kierrekulma 45° ja 90°).Samaan aikaan nanofluidilla (GNPs-COOH@DW) oli pienempi keskimääräinen painehäviö, joka kasvoi 1,31 %:sta 0,025 paino-%:ssa.jopa 1,65 % 0,05 paino-%:ssa.Keskimääräinen painehäviö 0,05 painoprosenttia COOH@NP ja 0,1 painoprosenttia COOH@NP on 1,65 %.Kuten voidaan nähdä, painehäviö kasvaa Re-luvun kasvaessa kaikissa tapauksissa.Suurentunut paineen pudotus korkeilla Re-arvoilla ilmaistaan suoralla riippuvuudella tilavuusvirtauksesta.Siksi korkeampi Re-luku putkessa johtaa suurempaan painehäviöön, mikä vaatii pumpun tehon lisäämistä39,40.Lisäksi painehäviöt ovat suuremmat johtuen suuremmasta pinta-alasta aiheutuvien pyörteiden ja turbulenssien voimakkuudesta, mikä lisää paineen ja inertiavoimien vuorovaikutusta rajakerroksessa1.
Yleisesti suorituskyvyn arviointikriteerit (PEC) ei-kovalenttisille (VNP-SDBS@DW) ja kovalenttisille (VNP-COOH@DW) nanofluideille on esitetty kuvioissa 1 ja 2.9. Nanofluidi (ZNP-SDBS@DV) osoitti molemmissa tapauksissa korkeampia PEC-arvoja kuin (ZNP-COOH@DV) (kierrekulma 45° ja 90°) ja sitä parannettiin lisäämällä massaosuutta, esimerkiksi 0,025 paino-%.on 1,17, 0,05 painoprosenttia on 1,19 ja 0,1 painoprosenttia on 1,26.Samaan aikaan PEC-arvot käyttämällä nanofluideja (GNPs-COOH@DW) olivat 1,02 0,025 paino-%, 1,05 0,05 paino-%, 1,05 0,1 paino-%.molemmissa tapauksissa (kierrekulma 45° ja 90°).1.02.Yleensä Reynoldsin luvun kasvaessa lämpöhydraulinen tehokkuus laskee merkittävästi.Kun Reynoldsin luku kasvaa, lämpöhydraulisen tehokkuuskertoimen lasku liittyy systemaattisesti (NuNFs/NuDW) kasvuun ja (fNFs/fDW) laskuun.
Nanonesteiden hydrotermiset ominaisuudet suhteessa perusnesteisiin Reynoldsin lukujen mukaan putkille, joissa on 45° ja 90° kulmat.
Tässä osiossa käsitellään veden (DW), ei-kovalenttisten (VNP-SDBS@DW) ja kovalenttisten (VNP-COOH@DW) nanonesteiden lämpöominaisuuksia kolmella eri massapitoisuudella ja Reynoldsin luvuilla.Keskimääräisen lämpöhydraulisen suorituskyvyn arvioimiseksi tarkasteltiin kahta kierrehihnalämmönvaihtimen geometriaa alueella 7000 ≤ Re ≤ 17 000 suhteessa tavanomaisiin putkiin (kierrekulmat 45° ja 90°).KuvassaKuva 10 näyttää veden ja nanonesteiden lämpötilan ulostulossa keskiarvona käyttäen (kierrekulma 45° ja 90°) yhteiselle putkelle (\(\frac{{{T}_{out}}_{Twisted}}{{ {T} _{out}}_{Tavallinen}}\)).Ei-kovalenttisilla (GNP-SDBS@DW) ja kovalenttisilla (GNP-COOH@DW) nanofluideilla on kolme eri paino-osuutta, kuten 0,025 painoprosenttia, 0,05 painoprosenttia ja 0,1 painoprosenttia.Kuten kuvassa näkyy.11, ulostulolämpötilan keskiarvo (\(\frac{{{T}_{out}}_{Twisted}}{{{T}_{out}}_{Plain}}\)) > 1, mikä osoittaa, että (45° ja 90° heliksikulma) lämpötila lämmönvaihtimen ulostulossa on merkittävämpi kuin tavanomaisessa putkessa, mikä johtuu suuremmasta turbulenssin intensiteetistä ja nesteen paremmasta sekoittumisesta.Lisäksi lämpötila DW:n, ei-kovalenttisten ja kovalenttisten nanofluidien ulostulossa laski Reynolds-luvun kasvaessa.Perusnesteellä (DW) on korkein keskimääräinen ulostulolämpötila.Samaan aikaan pienin arvo viittaa 0,1 painoprosenttiin SDBS@GNPs.Ei-kovalenttiset (GNPs-SDBS@DW) nanofluidet osoittivat alhaisempaa keskimääräistä ulostulolämpötilaa verrattuna kovalenttisiin (GNPs-COOH@DW) nanofluideihin.Koska kierretty teippi tekee virtauskentästä sekoittuneemman, seinän lähellä oleva lämpövirta voi kulkea helpommin nesteen läpi, mikä nostaa kokonaislämpötilaa.Pienempi kierre-teippisuhde johtaa parempaan tunkeutumiseen ja siten parempaan lämmönsiirtoon.Toisaalta voidaan nähdä, että rullattu teippi pitää alhaisemman lämpötilan seinää vasten, mikä puolestaan lisää Nuavg:tä.Kierretyillä teippisisäkkeillä suurempi Nuavg-arvo osoittaa parantuneen konvektiivisen lämmönsiirron putken sisällä22.Lisääntyneen virtausreitin sekä lisäsekoittumisen ja turbulenssin ansiosta viipymäaika pitenee, mikä johtaa nesteen lämpötilan nousuun ulostulossa41.
Reynoldsin määrä erilaisia nanofluideja suhteessa tavanomaisten putkien ulostulolämpötilaan (45° ja 90° heliksikulmat).
Lämmönsiirtokertoimet (45° ja 90° heliksikulma) Reynoldsin lukuihin verrattuna erilaisille nanofluideille verrattuna perinteisiin putkiin.
Parannetun kierrenauhan lämmönsiirron päämekanismi on seuraava: 1. Lämmönvaihtoputken hydraulisen halkaisijan pienentäminen johtaa virtausnopeuden ja kaarevuuden kasvuun, mikä puolestaan lisää seinämän leikkausjännitystä ja edistää toissijaista liikettä.2. Kelausnauhan tukkeutumisesta johtuen nopeus putken seinämässä kasvaa ja rajakerroksen paksuus pienenee.3. Kierretyn hihnan takana oleva spiraalivirtaus lisää nopeutta.4. Indusoituneet pyörteet parantavat nesteen sekoittumista virtauksen keski- ja lähellä seinää olevien alueiden välillä42.Kuvassa11 ja fig.Kuva 12 esittää esimerkiksi DW:n ja nanonesteiden lämmönsiirto-ominaisuudet (lämmönsiirtokerroin ja Nusseltin keskimääräinen luku) keskiarvoina käyttämällä kierrettyjä teippisyöttöputkia verrattuna perinteisiin putkiin.Ei-kovalenttisilla (GNP-SDBS@DW) ja kovalenttisilla (GNP-COOH@DW) nanofluideilla on kolme eri paino-osuutta, kuten 0,025 painoprosenttia, 0,05 painoprosenttia ja 0,1 painoprosenttia.Molemmissa lämmönvaihtimissa (45° ja 90° heliksikulma) keskimääräinen lämmönsiirtokyky on >1, mikä osoittaa parannusta lämmönsiirtokertoimessa ja keskimääräisessä Nusselt-luvussa kierreputkilla verrattuna perinteisiin putkiin.Ei-kovalenttiset (GNPs-SDBS@DW) nanofluidit osoittivat keskimääräistä suurempaa lämmönsiirtoparannusta kuin kovalenttiset (GNPs-COOH@DW) nanofluidit.Arvolla Re = 900 0,1 paino-%:n parannus lämmönsiirtokyvyssä -SDBS@GNPs kahdelle lämmönvaihtimelle (45° ja 90° heliksikulma) oli suurin arvolla 1,90.Tämä tarkoittaa, että yhtenäinen TP-vaikutus on tärkeämpi alhaisemmilla nesteen nopeuksilla (Reynoldsin luku)43 ja turbulenssin intensiteetin kasvaessa.Useiden pyörteiden käyttöönoton ansiosta TT-putkien lämmönsiirtokerroin ja Nusseltin keskimääräinen lukumäärä ovat korkeammat kuin tavanomaisissa putkissa, mikä johtaa ohuempaan rajakerrokseen.Lisääkö HP:n läsnäolo turbulenssin voimakkuutta, työnestevirtausten sekoittumista ja tehostunutta lämmönsiirtoa verrattuna pohjaputkiin (ilman kierrettyä-kierrettyä nauhaa)21.
Keskimääräinen Nusselt-luku (kierrekulmat 45° ja 90°) Reynoldsin lukuihin verrattuna erilaisille nanofluideille verrattuna perinteisiin putkiin.
Kuvat 13 ja 14 esittävät keskimääräisen kitkakertoimen (\(\frac{{f}_{Twisted}}{{f}_{Plain}}\)) ja painehäviön (\(\frac{{\Delta P}) _ {Kierretty}}{{\Delta P}_{Plain}}\}} noin 45° ja 90° perinteisille putkille, joissa käytetään DW-nanonesteitä, (GNPs-SDBS@DW) ja (GNPs-COOH@DW) ioninvaihdin sisältää ( 0,025 painoprosenttia, 0,05 painoprosenttia ja 0,1 painoprosenttia. { {f}_{Plain} }\)) ja painehäviö (\(\frac{{ \Delta P}_{Twisted}}{{\Delta P) }_{Plain}}\}) kitkakerroin ja painehäviö ovat korkeammat pienemmillä Reynolds-luvuilla Keskimääräinen kitkakerroin ja painehäviö ovat välillä 3,78-3,12 Keskimääräinen kitkakerroin ja painehäviö osoittavat, että (45° heliksi kulma ja 90°) lämmönvaihdin maksaa kolme kertaa enemmän kuin perinteiset putket.Lisäksi, kun käyttöneste virtaa suuremmalla nopeudella, kitkakerroin pienenee. Ongelma syntyy, koska Reynoldsin luvun kasvaessa rajakerroksen paksuus vähenee, mikä johtaa dynaamisen viskositeetin vaikutuksen vähenemiseen vaurioituneeseen alueeseen, nopeusgradienttien ja leikkausjännitysten vähenemiseen ja siten kitkakertoimen pienenemiseen21.TT:n läsnäolon ja lisääntyneen pyörteen ansiosta parantunut sulkuvaikutus johtaa heterogeenisten TT-putkien huomattavasti suurempiin painehäviöihin kuin perusputkissa.Lisäksi sekä pohjaputken että TT-putken osalta voidaan nähdä, että painehäviö kasvaa käyttönesteen nopeuden myötä43.
Kitkakerroin (45° ja 90° heliksikulma) Reynoldsin lukua vastaan eri nanofluideille verrattuna perinteisiin putkiin.
Painehäviö (45° ja 90° heliksikulma) Reynoldsin luvun funktiona erilaisille nanofluideille verrattuna tavanomaiseen putkeen.
Yhteenvetona kuva 15 esittää suorituskyvyn arviointikriteerit (PEC) lämmönvaihtimille, joiden kulmat ovat 45° ja 90° tavallisiin putkiin verrattuna (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}} \ )) in (0,025 paino-%, 0,05 paino-% ja 0,1 paino-%) käyttäen DV-, (VNP-SDBS@DV) ja kovalenttisia (VNP-COOH@DV) nanofluideja.Arvo (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) > 1 molemmissa tapauksissa (45° ja 90° heliksikulma) lämmönvaihtimessa.Lisäksi (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) saavuttaa parhaan arvonsa Re = 11 000.90°:n lämmönvaihtimessa (\ (\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) on hieman nousua 45°:n lämmönvaihtimeen verrattuna., Re = 11 000 0,1 painoprosenttia GNPs@SDBS edustaa korkeampia (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) arvoja, esim. 1,25 45° lämmönvaihtimen kulmassa ja 1,27 90° kulmalämmönvaihtimelle.Se on suurempi kuin yksi kaikilla massaosuuden prosenttiosuuksilla, mikä osoittaa, että putket, joissa on kierretyt teippisisäkkeet, ovat parempia kuin perinteiset putket.Erityisesti teippisisäkkeiden aikaansaama parantunut lämmönsiirto johti kitkahäviöiden merkittävään kasvuun22.
Tehokkuuskriteerit Reynoldsin useille eri nanonesteille verrattuna perinteisiin putkiin (45° ja 90° heliksikulma).
Liite A esittää virtaviivat 45° ja 90° lämmönvaihtimille Re = 7000 käyttäen DW:tä, 0,1 painoprosenttia GNP-SDBS@DW ja 0,1 painoprosenttia GNP-COOH@DW.Poikittaistason virtaviivat ovat silmiinpistävin piirre kierrettyjen nauha-osien vaikutuksesta päävirtaukseen.45° ja 90° lämmönvaihtimien käyttö osoittaa, että nopeus lähellä seinää on suunnilleen sama.Samaan aikaan liite B näyttää nopeuskäyrät 45° ja 90° lämmönvaihtimille Re = 7000 käyttäen DW:tä, 0,1 painoprosenttia GNP-SDBS@DW ja 0,1 painoprosenttia GNP-COOH@DW.Nopeussilmukat ovat kolmessa eri paikassa (siivuissa), esimerkiksi Plain-1 (P1 = -30mm), Plain-4 (P4 = 60mm) ja Plain-7 (P7 = 150mm).Virtausnopeus lähellä putken seinämää on pienin ja nesteen nopeus kasvaa kohti putken keskustaa.Lisäksi ilmakanavan läpi kulkiessaan pienten nopeuksien alue seinän lähellä kasvaa.Tämä johtuu hydrodynaamisen rajakerroksen kasvusta, mikä lisää matalan nopeuden alueen paksuutta seinän lähellä.Lisäksi Reynoldsin luvun kasvattaminen lisää yleistä nopeustasoa kaikissa poikkileikkauksissa, mikä vähentää kanavan hitaiden nopeusalueiden paksuutta39.
Kovalenttisesti ja ei-kovalenttisesti funktionalisoituja grafeeninanolevyjä arvioitiin kierretyissä nauha-inserteissä, joiden heliksikulmat olivat 45° ja 90°.Lämmönvaihdin ratkaistaan numeerisesti käyttämällä SST k-omega turbulenssimallia 7000 ≤ Re ≤ 17000. Lämpöfysikaaliset ominaisuudet lasketaan arvolla Tin = 308 K. Lämmitä samanaikaisesti kierrettyä putken seinämää vakiolämpötilaan 330 K. COOH@DV) laimennettiin kolmeen massamäärään, esimerkiksi (0,025 painoprosenttia, 0,05 painoprosenttia ja 0,1 painoprosenttia).Tässä tutkimuksessa tarkasteltiin kuutta päätekijää: ulostulolämpötila, lämmönsiirtokerroin, keskimääräinen Nusselt-luku, kitkakerroin, painehäviö ja suorituskyvyn arviointikriteerit.Tässä tärkeimmät havainnot:
Keskimääräinen ulostulolämpötila (\({{T}_{out}}_{Nanofluids}\)/\({{T}_{out}}_{Basefluid}\)) on aina alle 1, mikä tarkoittaa, että leviämätön Valenssin (ZNP-SDBS@DV) ja kovalenttisten (ZNP-COOH@DV) nanonesteiden ulostulolämpötila on alhaisempi kuin perusnesteen.Samaan aikaan keskimääräinen ulostulolämpötila (\({{T}_{out}}_{Twisted}\)/\({{T}_{out}}_{Plain}\)) on > 1, mikä tarkoittaa se, että (45° ja 90° heliksikulma) ulostulolämpötila on korkeampi kuin tavanomaisissa putkissa.
Molemmissa tapauksissa lämmönsiirtoominaisuuksien (nanoneste/perusneste) ja (kierretty putki/normaali putki) keskiarvot ovat aina >1.Ei-kovalenttiset (GNPs-SDBS@DW) nanofluidit osoittivat suurempaa keskimääräistä lämmönsiirron lisäystä, mikä vastasi kovalenttisia (GNPs-COOH@DW) nanofluideja.
Ei-kovalenttisten (VNP-SDBS@DW) ja kovalenttisten (VNP-COOH@DW) nanonesteiden keskimääräinen kitkakerroin (\({f}_{Nanofluids}/{f}_{Basefluid}\)) on aina ≈1 .ei-kovalenttisten (ZNP-SDBS@DV) ja kovalenttisten (ZNP-COOH@DV) nanonesteiden kitka (\({f}_{Twisted}/{f}_{Plain}\)) aina > 3.
Molemmissa tapauksissa (45° ja 90° heliksikulma) nanofluidit (GNPs-SDBS@DW) osoittivat korkeampia (\({\Delta P}_{Nanofluids}/{\Delta P}_{Basefluid}\)) 0,025 paino-%, 2,04 %, 0,05 paino-% 2,46 % ja 0,1 paino-% 3,44 %.Sillä välin (GNPs-COOH@DW) nanofluidit osoittivat alhaisemman (\({\Delta P}_{Nanofluids}/{\Delta P}_{Basefluid}\)) 1,31 %:sta 0,025 painoprosenttiin 1,65 %:iin on 0,05 % painon mukaan.Lisäksi keskimääräinen painehäviö (\({\Delta P}_{Twisted}/{\Delta P}_{Plain}\)) ei-kovalenttisesta (GNPs-SDBS@DW) ja kovalenttisesta (GNPs-COOH@DW) ))) nanofluidit aina >3.
Molemmissa tapauksissa (45° ja 90° heliksikulmat) nanofluidit (GNPs-SDBS@DW) osoittivat korkeamman (\({PEC}_{Nanofluids}/{PEC} _{Basefluid}\)) @DW-arvon) esim. 0,025 painoprosenttia - 1,17, 0,05 painoprosenttia - 1,19, 0,1 painoprosenttia - 1,26.Tässä tapauksessa arvot (\({PEC}_{Nanofluids}/{PEC}_{Basefluid}\)) käyttämällä (GNPs-COOH@DW) nanofluideja ovat 1,02 0,025 painoprosentille, 1,05 arvolle 0 , 05 paino% ja 1,02 on 0,1 painoprosenttia.Lisäksi arvolla Re = 11 000 0,1 painoprosenttia GNPs@SDBS osoitti korkeampia arvoja (\({PEC}_{Twisted}/{PEC}_{Plain}\)), kuten 1,25 45°:n heliksikulmalle ja 90° heliksikulma 1,27.
Thianpong, C. et ai.Monikäyttöinen nanofluidin titaanidioksidi/vesivirtauksen optimointi lämmönvaihtimessa, jota tehostavat kierretyt teippisisäkkeet, joissa on delta-siivet.sisäinen J. Hot.Tiede.172, 107318 (2022).
Langerudi, HG ja Jawaerde, C. Kokeellinen tutkimus ei-Newtonin nestevirtauksesta palkeissa, jotka on lisätty tyypillisillä ja V-muotoisilla kierretyillä nauhoilla.Heat and Mass Transfer 55, 937–951 (2019).
Dong, X. et ai.Spiraalikierretyn putkimaisen lämmönvaihtimen lämmönsiirto-ominaisuuksien ja virtausvastuksen kokeellinen tutkimus [J].Käyttölämpötila.hanke.176, 115 397 (2020).
Yongsiri, K., Eiamsa-Ard, P., Wongcharee, K. & Eiamsa-Ard, SJCS Parannettu lämmönsiirto turbulenttisessa kanavavirtauksessa vinoilla erotusripoilla.ajankohtaista tutkimusta.lämpötila.hanke.3, 1–10 (2014).
Postitusaika: 17.3.2023