Täname, et külastasite veebisaiti Nature.com.Kasutate piiratud CSS-i toega brauseri versiooni.Parima kasutuskogemuse saamiseks soovitame kasutada uuendatud brauserit (või keelata Internet Exploreris ühilduvusrežiim).Lisaks näitame pideva toe tagamiseks saiti ilma stiilide ja JavaScriptita.
Liugurid, mis näitavad kolme artiklit slaidi kohta.Kasutage slaidide vahel liikumiseks nuppu Tagasi ja Järgmine või igal slaidil liikumiseks lõpus olevaid slaidijuhtnuppe.
304 10*1mm roostevabast terasest spiraaltoru Hiinas
Suurus: 3/4 tolli, 1/2 tolli, 1 tolli, 3 tolli, 2 tolli
Seadme toru pikkus: 6 meetrit
Terase klass: 201, 304 ja 316
Hinne: 201, 202, 304, 316, 304L, 316 L,
Materjal: ROOSTEVABA TERAS
Seisukord: Uus
Roostevabast terasest toru mähis
Suurus: 3/4 tolli, 1/2 tolli, 1 tolli, 3 tolli, 2 tolli
Seadme toru pikkus: 6 meetrit
Terase klass: 201, 304 ja 316
Hinne: 201, 202, 304, 316, 304L, 316 L,
Materjal: ROOSTEVABA TERAS
Seisukord: Uus
Kovalentseid ja mittekovalentseid nanofluide testiti ümmargustes torudes, mis olid varustatud keeratud lindi sisestustega, mille spiraalinurgad olid 45 ° ja 90 °.Reynoldsi arv oli 7000 ≤ Re ≤ 17000, termofüüsikalisi omadusi hinnati temperatuuril 308 K. Füüsikaline mudel lahendatakse numbriliselt, kasutades kaheparameetrilist turbulentse viskoossuse mudelit (SST k-omega turbulents).Töös võeti arvesse nanofluidide ZNP-SDBS@DV ja ZNP-COOH@DV kontsentratsioone (0,025 massiprotsenti, 0,05 massiprotsenti ja 0,1 massiprotsenti).Keerutatud torude seinu kuumutatakse konstantsel temperatuuril 330 K. Käesolevas uuringus võeti arvesse kuut parameetrit: väljalasketemperatuur, soojusülekandetegur, keskmine Nusselti arv, hõõrdetegur, rõhukadu ja jõudluse hindamise kriteeriumid.Mõlemal juhul (heeliksi nurk 45° ja 90°) näitas ZNP-SDBS@DV nanofluid kõrgemaid termohüdraulilisi omadusi kui ZNP-COOH@DV ja see suurenes massifraktsiooni suurenemisega, näiteks 0,025 massi järgi.ja 0,05 wt.on 1.19.% ja 1,26–0,1 massiprotsenti.Mõlemal juhul (heeliksi nurk 45° ja 90°) on GNP-COOH@DW kasutamisel termodünaamiliste karakteristikute väärtused 1,02 0,025 massiprotsenti ja 1,05 0,05 massiprotsenti.ja 1,02 0,1 massiprotsenti.
Soojusvaheti on termodünaamiline seade 1, mida kasutatakse soojuse ülekandmiseks jahutamise ja soojendamise ajal.Soojusvaheti termohüdraulilised omadused parandavad soojusülekandetegurit ja vähendavad töövedeliku takistust.Soojusülekande parandamiseks on välja töötatud mitmeid meetodeid, sealhulgas turbulentsi suurendajad 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 ja nanofluidid 12, 13, 14, 15.Keerdlindi sisestamine on üks edukamaid meetodeid soojusvahetite soojusülekande parandamiseks tänu oma hooldamise lihtsusele ja madalatele kuludele7,16.
Eksperimentaalsete ja arvutuslike uuringute seerias uuriti nanofluidide segude ja keerdlintsisustustega soojusvahetite segude hüdrotermilisi omadusi.Eksperimentaalses töös uuriti kolme erineva metallilise nanofluidi (Ag@DW, Fe@DW ja Cu@DW) hüdrotermilisi omadusi nõelakeeratud lindi (STT) soojusvahetis17.Võrreldes alustoruga on STT soojusülekandetegur paranenud 11% ja 67%.SST paigutus on majanduslikust seisukohast parim efektiivsuse seisukohalt parameetriga α = β = 0,33.Lisaks täheldati Ag@DW puhul n 18,2% suurenemist, kuigi maksimaalne rõhukadu suurenemine oli vaid 8,5%.Soojusülekande ja rõhukadu füüsikalisi protsesse kontsentrilistes torudes koos spiraalturbulaatoritega ja ilma nendeta uuriti sundkonvektsiooniga Al2O3@DW nanofluidi turbulentse vooluga.Maksimaalset keskmist Nusselti arvu (Nuavg) ja rõhukadu täheldatakse Re = 20 000 juures, kui pooli samm = 25 mm ja Al2O3@DW nanofluid 1,6 mahu%.Samuti on läbi viidud laboratoorsed uuringud, et uurida grafeenoksiidi nanofluidide (GO@DW) soojusülekande ja rõhukadu omadusi, mis voolavad läbi peaaegu ringikujuliste WC-sisustustega torude.Tulemused näitasid, et 0,12 vol% GO@DW suurendas konvektiivse soojusülekande koefitsienti umbes 77%.Teises eksperimentaalses uuringus töötati välja nanofluidid (TiO2@DW), et uurida keerdlintidega varustatud süvendtorude termohüdraulilisi omadusi20.Maksimaalne hüdrotermiline kasutegur 1,258 saavutati 0,15% TiO2@DW-ga, mis oli sisestatud 45° kaldega võllidesse keerdusteguriga 3,0.Ühefaasilised ja kahefaasilised (hübriidsed) simulatsioonimudelid võtavad arvesse CuO@DW nanofluidide voolu ja soojusülekannet erinevate tahkete ainete kontsentratsioonidel (1–4 mahuprotsenti)21.Ühe keerdlindiga sisestatud toru maksimaalne soojusefektiivsus on 2,18 ja samadel tingimustel kahe keerdlindiga sisestatud toru puhul on see 2,04 (kahefaasiline mudel, Re = 36 000 ja 4 vol.%).Uuritud on karboksümetüültselluloosi (CMC) ja vaskoksiidi (CuO) mitte-Newtoni turbulentset nanofluidi voolu magistraaltorudes ja keerutatud sisestustega torudes.Nuavg näitab paranemist 16,1% (põhitorustiku puhul) ja 60% (spiraaltorustiku puhul suhtega (H/D = 5)).Üldiselt annab madalam keerdumise ja lindi suhe suurema hõõrdeteguri.Eksperimentaalses uuringus uuriti keerdlindiga (TT) ja mähistega (VC) torude mõju soojusülekande omadustele ja hõõrdetegurile CuO@DW nanofluidide abil.Kasutades 0,3 vol.%-CuO@DW Re = 20 000 juures võimaldab suurendada soojusülekannet VK-2 torus maksimaalse väärtuseni 44,45%.Lisaks sellele suureneb keerdpaarkaabli ja mähise sisendi kasutamisel samadel piirtingimustel hõõrdetegur võrreldes DW-ga 1,17 ja 1,19 korda.Üldiselt on poolidesse sisestatud nanofluidide termiline efektiivsus parem kui keerdunud juhtmetesse sisestatud nanovedelike oma.Turbulentse (MWCNT@DW) nanovedeliku voolu mahukarakteristikut uuriti horisontaalses torus, mis oli sisestatud spiraaljuhtmesse.Termilise jõudluse parameetrid olid kõigil juhtudel > 1, mis näitab, et nanofluidikute kombinatsioon spiraali sisestusega parandab soojusülekannet ilma pumba võimsust tarbimata.Abstraktne – modifitseeritud keeratud-keeratud V-kujulisest teibist (VcTT) valmistatud kahetorulise soojusvaheti hüdrotermilisi omadusi on uuritud nanofluidi Al2O3 + TiO2@DW turbulentse voolu tingimustes.Võrreldes alustorude DW-ga on Nuavgil märkimisväärne paranemine 132% ja hõõrdetegur kuni 55%.Lisaks arutati Al2O3+TiO2@DW nanokomposiidi energiatõhusust kahetorulises soojusvahetis26.Oma uuringus leidsid nad, et Al2O3 + TiO2@DW ja TT kasutamine parandas eksergia efektiivsust võrreldes DW-ga.VcTT turbulaatoritega kontsentrilistes torukujulistes soojusvahetites kasutasid Singh ja Sarkar27 faasimuutusmaterjale (PCM), dispergeeritud üksikuid/nanokomposiit-nanofluide (Al2O3@DW koos PCM ja Al2O3 + PCM).Nad teatasid, et soojusülekanne ja rõhukadu suurenevad, kui keerdumistegur väheneb ja nanoosakeste kontsentratsioon suureneb.Suurem V-kujulise sälgu sügavustegur või väiksem laiustegur võib tagada suurema soojusülekande ja rõhukadu.Lisaks on grafeenplaatinat (Gr-Pt) kasutatud kuumuse, hõõrdumise ja üldise entroopia tekkekiiruse uurimiseks 2-TT28 sisestusega torudes.Nende uuring näitas, et väiksem protsent (Gr-Pt) vähendas oluliselt soojusentroopia teket võrreldes suhteliselt suurema hõõrdeentroopia arenguga.Segatud Al2O3@MgO nanofluidid ja kooniline WC võib pidada heaks seguks, kuna suurendatud suhe (h/Δp) võib parandada kahetorulise soojusvaheti hüdrotermilist jõudlust 29 .Erinevate kolmeosaliste hübriidnanofluididega (THNF) (Al2O3 + grafeen + MWCNT) soojusvahetite energiasäästu ja keskkonnamõju hindamiseks kasutatakse DW30-sse riputatud soojusvahetite arvulist mudelit.Tänu oma jõudluse hindamise kriteeriumidele (PEC) vahemikku 1,42–2,35 on nõutav surutud keerdturbulisaatori (DTTI) ja (Al2O3 + grafeen + MWCNT) kombinatsioon.
Seni on vähe tähelepanu pööratud kovalentse ja mittekovalentse funktsionaliseerimise rollile termiliste vedelike hüdrodünaamilises voolus.Selle uuringu konkreetne eesmärk oli võrrelda nanofluidide (ZNP-SDBS@DV) ja (ZNP-COOH@DV) termilisi ja hüdraulilisi omadusi keerdlindi sisestustes 45° ja 90° spiraalinurgaga.Termofüüsikalisi omadusi mõõdeti temperatuuril Tina = 308 K. Sel juhul võeti võrdlusprotsessis arvesse kolme massiosa, näiteks (0,025 massiprotsenti, 0,05 massiprotsenti ja 0,1 massiprotsenti).3D turbulentse voolu mudeli (SST k-ω) nihkepinge ülekannet kasutatakse termohüdrauliliste omaduste lahendamiseks.Seega annab käesolev uuring olulise panuse positiivsete omaduste (soojusülekanne) ja negatiivsete omaduste (rõhulangus hõõrdumisel) uurimisse, demonstreerides sellistes insenerisüsteemides reaalsete töövedelike termohüdraulilisi omadusi ja optimeerimist.
Põhikonfiguratsioon on sile toru (L = 900 mm ja Dh = 20 mm).Sisestatud keerdlindi mõõdud (pikkus = 20 mm, paksus = 0,5 mm, profiil = 30 mm).Sel juhul olid spiraalprofiili pikkus, laius ja käik vastavalt 20 mm, 0,5 mm ja 30 mm.Keeratud lindid on 45° ja 90° kaldega.Erinevad töövedelikud nagu DW, mittekovalentsed nanofluidid (GNF-SDBS@DW) ja kovalentsed nanofluidid (GNF-COOH@DW) temperatuuril Tin = 308 K, kolm erinevat massikontsentratsiooni ja erinevad Reynoldsi numbrid.Katsed viidi läbi soojusvaheti sees.Soojusülekande parandamise parameetrite testimiseks kuumutati spiraaltoru välisseina konstantsel pinnatemperatuuril 330 K.
Joonisel fig.1 kujutab skemaatiliselt keerutatud lindi sisestustoru koos kohaldatavate piirtingimuste ja võrgusilmaga.Nagu varem mainitud, kehtivad spiraali sisse- ja väljalaskeavadele kiiruse ja rõhu piirtingimused.Püsiva pinnatemperatuuri korral kehtestatakse toru seinale libisemisvastane tingimus.Praegune numbriline simulatsioon kasutab rõhupõhist lahendust.Samal ajal kasutatakse programmi (ANSYS FLUENT 2020R1) osadiferentsiaalvõrrandi (PDE) teisendamiseks algebraliste võrrandite süsteemiks, kasutades lõpliku mahu meetodit (FMM).Teist järku LIHTNE meetod (poolimlitsiitne meetod järjestikuste rõhust sõltuvate võrrandite jaoks) on seotud kiirus-rõhuga.Tuleb rõhutada, et massi-, impulsi- ja energiavõrrandi jääkide konvergents on vastavalt väiksem kui 103 ja 106.
p Füüsikaliste ja arvutuslike domeenide skeem: (a) spiraali nurk 90°, (b) spiraali nurk 45°, (c) spiraaltera puudub.
Nanofluidide omaduste selgitamiseks kasutatakse homogeenset mudelit.Nanomaterjalide lisamisel baasvedelikku (DW) moodustub suurepäraste termiliste omadustega pidev vedelik.Sellega seoses on baasvedeliku ja nanomaterjali temperatuur ja kiirus sama väärtusega.Ülaltoodud teooriate ja eelduste tõttu toimib selles uuringus tõhus ühefaasiline voog.Mitmed uuringud on näidanud ühefaasiliste meetodite tõhusust ja rakendatavust nanofluidse voolu jaoks 31, 32.
Nanovedelike vool peab olema Newtoni turbulentne, kokkusurumatu ja statsionaarne.Survetöö ja viskoosne kuumutamine ei oma selles uuringus tähtsust.Lisaks ei võeta arvesse toru sise- ja välisseinte paksust.Seetõttu saab soojusmudelit defineerivad massi-, impulsi- ja energiasäästuvõrrandid väljendada järgmiselt:
kus \(\overrightarrow{V}\) on keskmise kiiruse vektor, Keff = K + Kt on kovalentsete ja mittekovalentsete nanofluidide efektiivne soojusjuhtivus ja ε on energia hajumise kiirus.Tabelis näidatud nanofluidide efektiivsed termofüüsikalised omadused, sealhulgas tihedus (ρ), viskoossus (μ), erisoojusmahtuvus (Cp) ja soojusjuhtivus (k), mõõdeti eksperimentaalse uuringu käigus temperatuuril 308 K1, kui seda kasutati. nendes simulaatorites.
Turbulentse nanovedeliku voolu arvulised simulatsioonid tavalistes ja TT-torudes viidi läbi Reynoldsi arvude juures 7000 ≤ Re ≤ 17 000. Neid simulatsioone ja konvektiivseid soojusülekandekoefitsiente analüüsiti Mentori nihkepinge ülekande (SST) turbulentsimudeli (SST) abil keskmistatuna Reynoldi turbulentsi põhjal. mudel Navier-Stokes, mida kasutatakse tavaliselt aerodünaamilistes uuringutes.Lisaks töötab mudel ilma seinafunktsioonita ja on täpne seinte lähedal 35,36.(SST) κ-ω turbulentsimudelit reguleerivad võrrandid on järgmised:
kus \(S\) on deformatsioonikiiruse väärtus ja \(y\) on kaugus külgneva pinnani.Vahepeal \({\alpha}_{1}\), \({\alpha}_{2}\), \({\beta}_{1}\), \({\beta}_{ 2 }\), \({\beta}^{*}\), \({\sigma}_{{k}_{1}}\), \({\sigma}_{{k}_{ 2 }}\), \({\sigma}_{{\omega}_{1}}\) ja \({\sigma}_{{\omega}_{2}}\) tähistavad kõiki mudelikonstante.F1 ja F2 on segafunktsioonid.Märkus: F1 = 1 piirkihis, 0 vastutulevas voolus.
Toimivuse hindamise parameetreid kasutatakse turbulentse konvektiivse soojusülekande, kovalentse ja mittekovalentse nanovedeliku voolu uurimiseks, näiteks31:
Selles kontekstis kasutatakse tiheduse ja vedeliku kiiruse jaoks väärtusi (\(\rho\)), (\(v\)), (\({D}_{h}\)) ja (\(\mu\)). , hüdrauliline läbimõõt ja dünaamiline viskoossus.(\({C}_{p}\, \mathrm{u}\, k\)) – voolava vedeliku erisoojusmahtuvus ja soojusjuhtivus.Samuti viitab (\(\dot{m}\)) massivoolule ja (\({T}_{out}-{T}_{in}\)) sisend- ja väljalaskeava temperatuuri erinevusele.(NF) viitab kovalentsetele, mittekovalentsetele nanofluididele ja (DW) tähistab destilleeritud vett (baasvedelikku).\({A}_{s} = \pi DL\), \({\overline{T}}_{f}=\frac{\left({T}_{out}-{T}_{in }\right)}{2}\) ja \({\overline{T}}_{w}=\sum \frac{{T}_{w}}{n}\).
Baasvedeliku (DW), mittekovalentse nanofluidi (GNF-SDBS@DW) ja kovalentse nanovedeliku (GNF-COOH@DW) termofüüsikalised omadused on võetud avaldatud kirjandusest (eksperimentaalsed uuringud), Sn = 308 K, nagu on näidatud tabelis 134. Tüüpilises katses mittekovalentse (GNP-SDBS@DW) nanofluidi saamiseks teadaolevate massiprotsentidega kaaluti algselt teatud grammides primaarseid GNP-sid digitaalsel kaalul.SDBS/natiivse RKT massisuhe on (0,5:1) kaalutud DW-des.Sel juhul sünteesiti kovalentsed (COOH-GNP@DW) nanofluidid, lisades GNP pinnale karboksüülrühmi, kasutades tugevalt happelist keskkonda HNO3 ja H2SO4 mahusuhtega (1:3).Kovalentsed ja mittekovalentsed nanofluidid suspendeeriti DW-s kolme erineva massiprotsendiga, näiteks 0,025 massiprotsenti, 0,05 massiprotsenti.ja 0,1% massist.
Võrgusilma sõltumatuse testid viidi läbi neljas erinevas arvutusvaldkonnas tagamaks, et võrgusilma suurus ei mõjuta simulatsiooni.45° torsioontoru puhul on 1,75 mm sõlmede arv 249 033, 2 mm sõlmede arv 307 969, 2,25 mm sõlmede arv 421 406 ja ühikute arv. ühiku suurusega 2 ,5 mm vastavalt 564 940.Lisaks on 90° keerdtoru näites elementide arv 1,75 mm elemendi suurusega 245 531, 2 mm elemendi suurusega 311 584, 2,25 mm elemendi suurusega elementide arv on 422 708 ja elementide arv elemendi suurusega 2,5 mm on vastavalt 573 826.Soojusomaduste (Tout, htc ja Nuavg) näitude täpsus suureneb elementide arvu vähenedes.Samal ajal näitas hõõrdeteguri ja rõhulanguse väärtuste täpsus täiesti erinevat käitumist (joonis 2).Võrgustikku (2) kasutati põhivõrgu alana, et hinnata simuleeritud juhul soojus-hüdraulilisi omadusi.
Soojusülekande ja rõhulanguse testimine võrgust sõltumatult, kasutades 45° ja 90° nurga all keeratud DW torupaare.
Käesolevad numbrilised tulemused on kinnitatud soojusülekande jõudluse ja hõõrdeteguri jaoks, kasutades hästi tuntud empiirilisi korrelatsioone ja võrrandeid, nagu Dittus-Belter, Petukhov, Gnelinsky, Notter-Rouse ja Blasius.Võrdlus viidi läbi tingimusel 7000≤Re≤17000.Vastavalt joonisele fig.3, on simulatsioonitulemuste ja soojusülekande võrrandi vahelised keskmised ja maksimaalsed vead 4,050 ja 5,490% (Dittus-Belter), 9,736 ja 11,33% (Petuhhov), 4,007 ja 7,483% (Gnelinsky) ning 3,883%7 (4,893% ja ). Nott-Belter).Roos).Sel juhul on simulatsioonitulemuste ja hõõrdeteguri võrrandi vahelised keskmised ja maksimaalsed vead vastavalt 7,346% ja 8,039% (Blasius) ning 8,117% ja 9,002% (Petuhhov).
DW soojusülekanne ja hüdrodünaamilised omadused erinevatel Reynoldsi numbritel, kasutades numbrilisi arvutusi ja empiirilisi korrelatsioone.
Selles jaotises käsitletakse mittekovalentsete (LNP-SDBS) ja kovalentsete (LNP-COOH) vesipõhiste nanofluidide termilisi omadusi kolme erineva massifraktsiooni juures ja Reynoldsi numbreid kui keskmisi baasvedeliku (DW) suhtes.Rull-lintsoojusvahetite kahte geomeetriat (spiraalinurk 45° ja 90°) käsitletakse 7000 ≤ Re ≤ 17000 puhul. Joonisel fig.4 näitab keskmist temperatuuri nanovedeliku väljumisel baasvedelikku (DW) (\(\frac{{{T}_{out}}_{NFs}}{{{T}_{out}}_{ DW}}\)) (0,025 massiprotsenti, 0,05 massiprotsenti ja 0,1 massiprotsenti).(\(\frac{{{T}_{out}}_{NFs}}{{{T}_{out}}_{DW}}\)) on alati väiksem kui 1, mis tähendab, et väljalasketemperatuur on mittekovalentne (VNP-SDBS) ja kovalentsed (VNP-COOH) nanofluidid on baasvedeliku väljalaskeava temperatuurist madalamad.Väikseim ja suurim vähenemine oli vastavalt 0,1 massiprotsenti COOH@GNP ja 0,1 massiprotsenti SDBS@GNP.See nähtus on tingitud Reynoldsi arvu suurenemisest konstantse massifraktsiooni juures, mis viib nanofluidi omaduste (st tiheduse ja dünaamilise viskoossuse) muutumiseni.
Joonistel 5 ja 6 on kujutatud nanofluidi ja baasvedeliku (DW) keskmised soojusülekande omadused (0,025 massiprotsenti, 0,05 massiprotsenti ja 0,1 massiprotsenti).Keskmised soojusülekande omadused on alati suuremad kui 1, mis tähendab, et mittekovalentsete (LNP-SDBS) ja kovalentsete (LNP-COOH) nanofluidide soojusülekande omadused on võrreldes baasvedelikuga paremad.0,1 massiprotsenti COOH@GNP ja 0,1 massiprotsenti SDBS@GNP saavutasid vastavalt madalaima ja suurima kasumi.Kui Reynoldsi arv suureneb vedeliku suurema segunemise ja torus 1 turbulentsi tõttu, paraneb soojusülekande jõudlus.Väikeste pilude kaudu liikuvad vedelikud saavutavad suurema kiiruse, mille tulemuseks on õhukese kiiruse/soojuse piirkiht, mis suurendab soojusülekande kiirust.Nanoosakeste lisamine baasvedelikule võib anda nii positiivseid kui ka negatiivseid tulemusi.Kasulikud mõjud hõlmavad suurenenud nanoosakeste kokkupõrkeid, soodsaid vedeliku soojusjuhtivuse nõudeid ja suurenenud soojusülekannet.
Nanofluidi soojusülekandetegur baasvedelikule sõltuvalt Reynoldsi arvust 45° ja 90° torude puhul.
Samas on negatiivseks efektiks nanofluidi dünaamilise viskoossuse suurenemine, mis vähendab nanofluidi liikuvust, vähendades seeläbi keskmist Nusselti arvu (Nuavg).Nanofluidide (ZNP-SDBS@DW) ja (ZNP-COOH@DW) suurenenud soojusjuhtivus peaks olema tingitud Browni liikumisest ja DW37-s suspendeeritud grafeeni nanoosakeste mikrokonvektsioonist.Nanofluidi (ZNP-COOH@DV) soojusjuhtivus on suurem kui nanofluidil (ZNP-SDBS@DV) ja destilleeritud veel.Nanomaterjalide lisamine baasvedelikule suurendab nende soojusjuhtivust (tabel 1)38.
Joonis 7 illustreerib nanofluidide keskmist hõõrdetegurit baasvedelikuga (DW) (f(NFs)/f(DW)) massiprotsentides (0,025%, 0,05% ja 0,1%).Keskmine hõõrdetegur on alati ≈1, mis tähendab, et mittekovalentsetel (GNF-SDBS@DW) ja kovalentsetel (GNF-COOH@DW) nanofluididel on sama hõõrdetegur kui baasvedelikul.Vähema ruumiga soojusvaheti tekitab rohkem voolutakistusi ja suurendab voolu hõõrdumist1.Põhimõtteliselt suureneb hõõrdetegur veidi nanofluidi massiosa suurenedes.Suuremad hõõrdekadud on põhjustatud nanofluidi suurenenud dünaamilise viskoossusest ja suurenenud nihkepingest pinnal, mille nanografeeni massiprotsent baasvedelikus on suurem.Tabel (1) näitab, et nanofluidi (ZNP-SDBS@DV) dünaamiline viskoossus on sama massiprotsendi juures suurem kui nanofluidil (ZNP-COOH@DV), mis on seotud pinnaefektide lisandumisega.toimeained mittekovalentsel nanofluidil.
Joonisel fig.8 näitab nanovedelikku võrreldes baasvedelikuga (DW) (\(\frac{{\Delta P}_{NFs}}{{\Delta P}_{DW}}\)) väärtusel (0,025%, 0,05% ja 0,1%) ).Mittekovalentne (GNPs-SDBS@DW) nanofluid näitas suuremat keskmist rõhukadu ja massiprotsendi suurenemisega 2,04%ni 0,025% (massi järgi) ja 2,46%ni 0,05% (massi järgi).ja 3,44% 0,1% massist.korpuse suurendamisega (spiraalinurk 45° ja 90°).Vahepeal näitas nanofluid (GNPs-COOH@DW) madalamat keskmist rõhukadu, kasvades 1,31%lt 0,025% massist.kuni 1,65% 0,05% massist.Keskmine rõhukadu 0,05% COOH@NP ja 0,1% COOH@NP on 1,65%.Nagu näha, suureneb rõhulangus kõigil juhtudel Re arvu suurenemisega.Suurenenud rõhulangust kõrgete Re väärtuste korral näitab otsene sõltuvus mahuvoolust.Seetõttu põhjustab toru kõrgem Re-arv suurema rõhulanguse, mis nõuab pumba võimsuse suurendamist39,40.Lisaks on rõhukaod suuremad suurema pindalaga tekitatud pööriste ja turbulentsi suurema intensiivsuse tõttu, mis suurendab rõhu- ja inertsjõudude vastasmõju piirkihis1.
Üldiselt on mittekovalentsete (VNP-SDBS@DW) ja kovalentsete (VNP-COOH@DW) nanofluidide jõudluse hindamise kriteeriumid (PEC) näidatud joonistel fig.9. Nanofluid (ZNP-SDBS@DV) näitas mõlemal juhul kõrgemaid PEC väärtusi kui (ZNP-COOH@DV) (heeliksi nurk 45° ja 90°) ning seda parandati massifraktsiooni suurendamisega, näiteks 0,025. massiprotsenti.on 1,17, 0,05 massiprotsent on 1,19 ja 0,1 massiprotsent on 1,26.Vahepeal olid PEC väärtused nanofluidide (GNPs-COOH@DW) kasutamisel 1,02 0,025 massiprotsenti, 1,05 0,05 massiprotsenti, 1,05 0,1 massiprotsenti.mõlemal juhul (spiraalinurk 45° ja 90°).1.02.Reynoldsi numbri suurenemisega väheneb reeglina termohüdrauliline efektiivsus oluliselt.Kuna Reynoldsi arv suureneb, seostatakse termohüdraulilise efektiivsuse koefitsiendi vähenemist süstemaatiliselt (NuNFs/NuDW) suurenemise ja (fNFs/fDW) vähenemisega.
Nanofluidide hüdrotermilised omadused baasvedelike suhtes sõltuvad Reynoldsi numbritest 45° ja 90° nurgaga torude puhul.
Selles jaotises käsitletakse vee (DW), mittekovalentsete (VNP-SDBS@DW) ja kovalentsete (VNP-COOH@DW) nanofluidide termilisi omadusi kolme erineva massikontsentratsiooni ja Reynoldsi numbriga.Keskmise termohüdraulilise jõudluse hindamiseks võeti arvesse kahte spiraalrihma soojusvaheti geomeetriat vahemikus 7000 ≤ Re ≤ 17 000 tavapäraste torude suhtes (spiraalinurgad 45° ja 90°).Joonisel fig.10 näitab vee ja nanovedelike temperatuuri väljalaskeava juures keskmisena, kasutades (spiraalinurk 45° ja 90°) ühise toru jaoks (\(\frac{{{T}_{out}}_{Twisted}}{{ {T} _{out}}_{Tavaline}}\)).Mittekovalentsetel (GNP-SDBS@DW) ja kovalentsetel (GNP-COOH@DW) nanofluididel on kolm erinevat massifraktsiooni, näiteks 0,025 massiprotsenti, 0,05 massiprotsenti ja 0,1 massiprotsenti.Nagu on näidatud joonisel fig.11, väljalaskeava temperatuuri keskmine väärtus (\(\frac{{{T}_{out}}_{Twisted}}{{{T}_{out}}_{Plain}}\)) > 1, mis näitab, et (45° ja 90° spiraalinurk) soojusvaheti väljalaskeava temperatuur on tavalisest torust olulisem, kuna turbulents on tugevam ja vedelik seguneb paremini.Lisaks vähenes Reynoldsi arvu suurenemisega DW, mittekovalentsete ja kovalentsete nanofluidide väljalaskeava temperatuur.Põhivedelikul (DW) on kõrgeim keskmine väljalasketemperatuur.Samal ajal viitab madalaim väärtus 0,1 massiprotsendile SDBS@GNPs.Mittekovalentsed (GNPs-SDBS@DW) nanofluidid näitasid madalamat keskmist väljalasketemperatuuri võrreldes kovalentsete (GNPs-COOH@DW) nanofluididega.Kuna keerdlint muudab vooluvälja segasemaks, pääseb seinalähedane soojusvoog kergemini läbi vedeliku, tõstes üldist temperatuuri.Väiksem keerdumise ja lindi suhe tagab parema läbitungimise ja seega parema soojusülekande.Teisalt on näha, et valtsitud lint hoiab seina vastas madalamat temperatuuri, mis omakorda suurendab Nuavg.Keeratud lintdetailide puhul näitab kõrgem Nuavg väärtus paremat konvektiivset soojusülekannet toru sees22.Suurenenud voolutee ning täiendava segunemise ja turbulentsi tõttu pikeneb viibimisaeg, mille tulemusena tõuseb vedeliku temperatuur väljalaskeavas41.
Reynoldsi erinevate nanofluidide arv tavaliste torude väljalasketemperatuuri suhtes (45° ja 90° spiraalinurgad).
Soojusülekande koefitsiendid (45° ja 90° spiraalinurk) võrreldes Reynoldsi numbritega erinevate nanofluidide puhul võrreldes tavaliste torudega.
Täiustatud spiraallindi soojusülekande põhimehhanism on järgmine: 1. Soojusvahetustoru hüdraulilise läbimõõdu vähendamine toob kaasa voolukiiruse ja kõveruse suurenemise, mis omakorda suurendab seina nihkepinget ja soodustab sekundaarset liikumist.2. Mähise lindi ummistumise tõttu suureneb kiirus toru seina juures ja piirdekihi paksus väheneb.3. Spiraalne vool keerdunud rihma taga viib kiiruse suurenemiseni.4. Indutseeritud keerised parandavad vedeliku segunemist voolu kesk- ja seinalähedase piirkonna vahel42.Joonisel fig.11 ja fig.12 näitab näiteks DW ja nanofluidide soojusülekandeomadusi (soojusülekandekoefitsient ja keskmine Nusselti arv) keskmistena, kasutades keerdlindi sisestustorusid võrreldes tavaliste torudega.Mittekovalentsetel (GNP-SDBS@DW) ja kovalentsetel (GNP-COOH@DW) nanofluididel on kolm erinevat massifraktsiooni, näiteks 0,025 massiprotsenti, 0,05 massiprotsenti ja 0,1 massiprotsenti.Mõlemas soojusvahetis (45° ja 90° spiraalinurk) on keskmine soojusülekande jõudlus >1, mis näitab soojusülekandeteguri ja keskmise Nusselti arvu paranemist spiraaltorude puhul võrreldes tavaliste torudega.Mittekovalentsed (GNPs-SDBS@DW) nanofluidid näitasid suuremat keskmist soojusülekande paranemist kui kovalentsed (GNPs-COOH@DW) nanofluidid.Re = 900 juures oli kahe soojusvaheti (45° ja 90° spiraalinurk) soojusülekande jõudluse -SDBS@GNP 0,1 massiprotsendiline paranemine suurim, väärtusega 1,90.See tähendab, et ühtlane TP-efekt on olulisem vedeliku väiksemate kiiruste (Reynoldsi arv)43 ja turbulentsi intensiivsuse suurenemise korral.Mitme keerise sisseviimise tõttu on TT-torude soojusülekandetegur ja keskmine Nusselti arv kõrgemad kui tavalistel torudel, mille tulemuseks on õhem piirkiht.Kas HP olemasolu suurendab turbulentsi intensiivsust, töövedeliku voogude segunemist ja tõhustatud soojusülekannet võrreldes alustorudega (ilma keerd-keerdlinti sisestamata)21.
Keskmine Nusselti arv (heeliksi nurk 45° ja 90°) versus Reynoldsi arv erinevate nanofluidide puhul võrreldes tavaliste torudega.
Joonistel 13 ja 14 on näidatud keskmine hõõrdetegur (\(\frac{{f}_{Twisted}}{{f}_{Plain}}\)) ja rõhukadu (\(\frac{{\Delta P}) _ {Twisted}}{{\Delta P}_{Plain}}\}} umbes 45° ja 90° tavapäraste torude puhul, mis kasutavad DW nanofluide, (GNPs-SDBS@DW) ja (GNPs-COOH@DW) ioonvaheti sisaldab ( 0,025 massiprotsenti, 0,05 massiprotsenti ja 0,1 massiprotsenti. { {f}_{Plain} }\)) ja rõhukadu (\(\frac{{ \Delta P}_{Twisted}}{{\Delta P }_{Plain}}\}) vähenemine. juhtudel on hõõrdetegur ja rõhukadu suuremad madalamate Reynoldsi arvude korral Keskmine hõõrdetegur ja rõhukadu on vahemikus 3,78 kuni 3,12 Keskmine hõõrdetegur ja rõhukadu näitavad, et (45° spiraal nurk ja 90°) soojusvaheti maksumus kolm korda kõrgem kui tavalistel torudel.Lisaks väheneb töövedeliku suuremal kiirusel voolamisel hõõrdetegur.Probleem tekib seetõttu, et Reynoldsi arvu kasvades suureneb piirkihi paksus. väheneb, mis toob kaasa dünaamilise viskoossuse mõju vähenemise kahjustatud piirkonnale, kiiruse gradientide ja nihkepingete vähenemise ning sellest tulenevalt hõõrdeteguri vähenemise21.TT olemasolust ja suurenenud keerisest tingitud täiustatud blokeerimisefekt põhjustab heterogeensete TT torude puhul oluliselt suuremaid rõhukadusid kui alustorude puhul.Lisaks on nii alustoru kui ka TT toru puhul näha, et rõhulang suureneb koos töövedeliku kiirusega43.
Hõõrdetegur (45° ja 90° spiraalinurk) võrreldes Reynoldsi arvuga erinevate nanofluidide puhul võrreldes tavaliste torudega.
Rõhukadu (45° ja 90° spiraalinurk) Reynoldsi arvu funktsioonina erinevate nanofluidide puhul võrreldes tavapärase toruga.
Kokkuvõttes on joonisel 15 näidatud 45° ja 90° nurga all olevate soojusvahetite jõudluse hindamise kriteeriumid (PEC) võrreldes tavaliste torudega (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}} \ )) (0,025 massiprotsenti, 0,05 massiprotsenti ja 0,1 massiprotsenti), kasutades DV, (VNP-SDBS@DV) ja kovalentseid (VNP-COOH@DV) nanofluide.Väärtus (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) > 1 mõlemal juhul (45° ja 90° spiraalinurk) soojusvahetis.Lisaks saavutab (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) oma parima väärtuse Re = 11 000.90° soojusvahetil on (\ (\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) veidi suurenenud võrreldes 45° soojusvahetiga., Re = 11 000 0,1 massi% GNPs@SDBS esindab kõrgemaid (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) väärtusi, nt 1,25 45° soojusvaheti nurga puhul ja 1,27 90° nurgasoojusvaheti puhul.See on suurem kui üks kõigi massiprotsentide puhul, mis näitab, et keerdteibiga torud on tavapärastest torudest paremad.Eelkõige suurendas lindi sisestuste pakutav parem soojusülekanne hõõrdekadusid märkimisväärselt .
Reynoldsi erinevate nanofluidide arvu tõhususe kriteeriumid võrreldes tavaliste torudega (45° ja 90° spiraalinurk).
Lisas A on toodud 45° ja 90° soojusvahetite voolujooned Re = 7000 juures, kasutades DW, 0,1 massiprotsenti GNP-SDBS@DW ja 0,1 massiprotsenti GNP-COOH@DW.Risttasapinna voolujooned on kõige silmatorkavam joon keerdlindi sisestuste mõju põhivoolule.45° ja 90° soojusvahetite kasutamine näitab, et kiirus seinalähedases piirkonnas on ligikaudu sama.Samal ajal on lisas B näidatud 45° ja 90° soojusvahetite kiiruskontuurid Re = 7000 juures, kasutades DW, 0,1 massiprotsenti GNP-SDBS@DW ja 0,1 massiprotsenti GNP-COOH@DW.Kiiruse aasad on kolmes erinevas kohas (lõigud), näiteks Plain-1 (P1 = –30mm), Plain-4 (P4 = 60mm) ja Plain-7 (P7 = 150mm).Voolukiirus toru seina lähedal on madalaim ja vedeliku kiirus suureneb toru keskkoha suunas.Lisaks suureneb õhukanali läbimisel madalate kiiruste ala seina lähedal.See on tingitud hüdrodünaamilise piirkihi kasvust, mis suurendab madala kiirusega piirkonna paksust seina lähedal.Lisaks suurendab Reynoldsi arvu suurendamine üldist kiiruse taset kõigis ristlõigetes, vähendades seeläbi kanali väikese kiirusega piirkonna paksust39.
Kovalentselt ja mittekovalentselt funktsionaliseeritud grafeeni nanolehti hinnati keeratud lindi sisestustes, mille spiraalinurgad olid 45 ° ja 90 °.Soojusvaheti on arvuliselt lahendatud SST k-omega turbulentsimudeli abil 7000 ≤ Re ≤ 17000 juures. Termofüüsikalised omadused arvutatakse temperatuuril Tin = 308 K. Samaaegselt kuumutage keerdunud toruseina konstantsel temperatuuril 330 K. COOH@DV) lahjendati näiteks kolme massikogusena (0,025 massiprotsenti, 0,05 massiprotsenti ja 0,1 massiprotsenti).Käesolevas uuringus käsitleti kuut peamist tegurit: väljalasketemperatuur, soojusülekandetegur, keskmine Nusselti arv, hõõrdetegur, rõhukadu ja jõudluse hindamise kriteeriumid.Siin on peamised leiud:
Keskmine väljalasketemperatuur (\({{T}_{out}}_{Nanofluids}\)/\({{T}_{out}}_{Basefluid}\)) on alati väiksem kui 1, mis tähendab, et ei levi Valents- (ZNP-SDBS@DV) ja kovalentsete (ZNP-COOH@DV) nanofluidide väljalasketemperatuur on madalam kui baasvedelikul.Samal ajal on keskmine väljalasketemperatuur (\({{T}_{out}}_{Twisted}\)/\({{T}_{out}}_{Plain}\)) > 1, mis näitab asjaolu, et (45° ja 90° spiraalinurk) on väljalasketemperatuur kõrgem kui tavaliste torude puhul.
Mõlemal juhul näitavad soojusülekandeomaduste (nanovedelik/alusvedelik) ja (keerdtoru/tavaline toru) keskmised väärtused alati >1.Mittekovalentsed (GNPs-SDBS@DW) nanofluidid näitasid suuremat keskmist soojusülekande kasvu, mis vastab kovalentsetele (GNPs-COOH@DW) nanofluididele.
Mittekovalentsete (VNP-SDBS@DW) ja kovalentsete (VNP-COOH@DW) nanovedelike keskmine hõõrdetegur (\({f}_{Nanofluids}/{f}_{Basefluid}\)) on alati ≈1 .mittekovalentsete (ZNP-SDBS@DV) ja kovalentsete (ZNP-COOH@DV) nanofluidide (\({f}_{Twisted}/{f}_{Plain}\)) hõõrdumine alati > 3.
Mõlemal juhul (45° ja 90° spiraalinurk) näitasid nanofluidid (GNPs-SDBS@DW) kõrgemat (\({\Delta P}_{Nanofluids}/{\Delta P}_{Basefluid}\)) 0,025 massiprotsent 2,04%, 0,05 massiprotsenti 2,46% ja 0,1 massiprotsenti 3,44%.Samal ajal näitasid (GNPs-COOH@DW) nanofluidid madalamat (\({\Delta P}_{Nanofluids}/{\Delta P}_{Basefluid}\)) 1,31%-lt 0,025 massiprotsendi puhul 1,65%-le, on 0,05 massiprotsenti.Lisaks mittekovalentse (GNPs-SDBS@DW) ja kovalentse (GNPs-COOH@DW) keskmine rõhukadu (\({\Delta P}_{Twisted}/{\Delta P}_{Plain}\). ))) nanovedelikud alati >3.
Mõlemal juhul (45° ja 90° spiraalinurgad) näitasid nanofluidid (GNPs-SDBS@DW) kõrgemat (\({PEC}_{Nanofluids}/{PEC} _{Basefluid}\)) @DW väärtust) nt 0,025 massiprotsenti – 1,17, 0,05 massiprotsenti – 1,19, 0,1 massiprotsenti – 1,26.Sel juhul on (\({PEC}_{Nanofluids}/{PEC}_{Basefluid}\)) väärtused (GNPs-COOH@DW) nanofluidide kasutamisel 1,02 0,025 massi korral, 1,05 0 korral , 05 wt.% ja 1,02 on 0,1 massiprotsenti.Lisaks näitas Re = 11 000 juures 0,1 massiprotsenti GNPs@SDBS kõrgemaid väärtusi (\({PEC}_{Twisted}/{PEC}_{Plain}\)), näiteks 1,25 spiraali 45° nurga korral ja 90° spiraalinurk 1,27.
Thianpong, C. et al.Nanovedeliku titaandioksiidi/vee voolu mitmeotstarbeline optimeerimine soojusvahetis, mida täiustavad delta tiibadega keerdlintsisendid.sisemine J. Kuum.teadus.172, 107318 (2022).
Langerudi, HG ja Jawaerde, C. Eksperimentaalne uuring mitte-Newtoni vedeliku voolu kohta lõõtsades, mis on sisestatud tüüpiliste ja V-kujuliste keerdlintidega.Soojus- ja massiülekanne 55, 937–951 (2019).
Dong, X. et al.Spiraalkeeratud torukujulise soojusvaheti soojusülekande karakteristikute ja voolutakistuse eksperimentaalne uuring [J].Kasutustemperatuur.projekt.176, 115397 (2020).
Yongsiri, K., Eiamsa-Ard, P., Wongcharee, K. & Eiamsa-Ard, SJCS Parem soojusülekanne turbulentses kanalivoolus koos kaldus eraldusribidega.aktuaalne uurimus.temperatuuri.projekt.3, 1–10 (2014).
Postitusaeg: 17. märts 2023