Hvala vam što ste posjetili Nature.com.Koristite verziju pretraživača sa ograničenom podrškom za CSS.Za najbolje iskustvo, preporučujemo da koristite ažurirani pretraživač (ili onemogućite način kompatibilnosti u Internet Exploreru).Osim toga, kako bismo osigurali stalnu podršku, prikazujemo stranicu bez stilova i JavaScripta.
Klizači koji prikazuju tri članka po slajdu.Koristite dugmad za nazad i sledeće da se krećete kroz slajdove ili dugmad kontrolora slajdova na kraju za kretanje kroz svaki slajd.
304 10*1mm Namotana cijev od nehrđajućeg čelika u Kini
Veličina: 3/4 inča, 1/2 inča, 1 inča, 3 inča, 2 inča
Dužina jedinične cijevi: 6 metara
Razred čelika: 201, 304 I 316
Kvalitet: 201, 202, 304, 316, 304L, 316 L,
Materijal: INOX
Stanje: Novo
Namotaj cijevi od nehrđajućeg čelika
Veličina: 3/4 inča, 1/2 inča, 1 inča, 3 inča, 2 inča
Dužina jedinične cijevi: 6 metara
Razred čelika: 201, 304 I 316
Kvalitet: 201, 202, 304, 316, 304L, 316 L,
Materijal: INOX
Stanje: Novo
Kovalentni i nekovalentni nanofluidi su testirani u okruglim cijevima opremljenim umetcima od upletene trake sa uglovima spirale od 45° i 90°.Reynoldsov broj je bio 7000 ≤ Re ≤ 17000, termofizička svojstva su procijenjena na 308 K. Fizički model je riješen numerički korištenjem dvoparametarskog modela turbulentnog viskoziteta (SST k-omega turbulencija).U radu su razmatrane koncentracije (0,025 tež.%, 0,05 tež.% i 0,1 tež.%) nanofluida ZNP-SDBS@DV i ZNP-COOH@DV.Zidovi upredenih cevi se zagrevaju na konstantnoj temperaturi od 330 K. U trenutnoj studiji razmatrano je šest parametara: izlazna temperatura, koeficijent prolaza toplote, prosečni Nuseltov broj, koeficijent trenja, gubitak pritiska i kriterijumi za procenu performansi.U oba slučaja (ugao spirale od 45° i 90°), nanofluid ZNP-SDBS@DV pokazao je veće termo-hidraulične karakteristike od ZNP-COOH@DV, a povećavao se sa povećanjem masenog udjela, na primjer, 0,025 tež.i 0,05 mas.je 1.19.% i 1,26 – 0,1 mas.%.U oba slučaja (ugao spirale 45° i 90°), vrijednosti termodinamičkih karakteristika pri korištenju GNP-COOH@DW su 1,02 za 0,025% tež., 1,05 za 0,05% tež.i 1,02 za 0,1% mas.
Izmjenjivač topline je termodinamički uređaj 1 koji se koristi za prijenos topline tokom operacija hlađenja i grijanja.Toplotno-hidraulička svojstva izmjenjivača topline poboljšavaju koeficijent prijenosa topline i smanjuju otpor radnog fluida.Razvijeno je nekoliko metoda za poboljšanje prijenosa topline, uključujući pojačivače turbulencije2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 i nanofluide12,13,14,15.Umetanje upletene trake jedna je od najuspješnijih metoda za poboljšanje prijenosa topline u izmjenjivačima topline zbog jednostavnosti održavanja i niske cijene7,16.
U nizu eksperimentalnih i računskih studija proučavana su hidrotermalna svojstva mješavina nanofluida i izmjenjivača topline s umetcima od tordirane trake.U eksperimentalnom radu proučavana su hidrotermalna svojstva tri različita metalna nanofluida (Ag@DW, Fe@DW i Cu@DW) u izmjenjivaču topline sa iglom upletenom trakom (STT)17.U poređenju sa baznom cijevi, koeficijent prolaza topline STT je poboljšan za 11% i 67%.SST raspored je najbolji sa ekonomske tačke gledišta u smislu efikasnosti sa parametrom α = β = 0,33.Pored toga, 18,2% povećanje n je uočeno sa Ag@DW, iako je maksimalno povećanje gubitka pritiska bilo samo 8,5%.Fizički procesi prijenosa topline i gubitka tlaka u koncentričnim cijevima sa i bez namotanih turbulatora proučavani su primjenom turbulentnih strujanja nanofluida Al2O3@DW sa prisilnom konvekcijom.Maksimalni prosječni Nuseltov broj (Nuavg) i gubitak tlaka uočeni su pri Re = 20,000 kada je korak zavojnice = 25 mm i Al2O3@DW nanofluid 1,6 vol.%.Laboratorijske studije su također provedene za proučavanje karakteristika prijenosa topline i gubitka tlaka nanofluida grafenskog oksida (GO@DW) koji teku kroz gotovo kružne cijevi sa WC umetcima.Rezultati su pokazali da 0,12 vol%-GO@DW povećava koeficijent konvektivnog prijenosa topline za oko 77%.U drugoj eksperimentalnoj studiji, nanofluidi (TiO2@DW) su razvijeni za proučavanje termičko-hidrauličnih karakteristika cijevi sa udubljenjem opremljenih umetcima od tordirane trake20.Maksimalna hidrotermalna efikasnost od 1,258 postignuta je upotrebom 0,15 vol%-TiO2@DW ugrađenih u osovine pod uglom od 45° sa faktorom uvijanja od 3,0.Jednofazni i dvofazni (hibridni) simulacijski modeli uzimaju u obzir protok i prijenos topline CuO@DW nanofluida pri različitim koncentracijama čvrstih tvari (1–4% vol.%)21.Maksimalna termička efikasnost cijevi umetnute s jednom upletenom trakom je 2,18, a cijevi umetnute s dvije upletene trake pod istim uvjetima je 2,04 (dvofazni model, Re = 36 000 i 4 vol.%).Proučavano je nenjutnovsko turbulentno nanofluidno strujanje karboksimetil celuloze (CMC) i bakrenog oksida (CuO) u glavnim cijevima i cijevima s uvrnutim umetcima.Nuavg pokazuje poboljšanje od 16,1% (za glavni cjevovod) i 60% (za namotani cjevovod sa omjerom (H/D = 5)).Općenito, manji omjer uvijanja prema vrpci rezultira većim koeficijentom trenja.U eksperimentalnom istraživanju utjecaj cijevi s upletenom trakom (TT) i zavojnicama (VC) na svojstva prijenosa topline i koeficijent trenja proučavan je korištenjem nanofluida CuO@DW.Koristeći 0,3 vol.%-CuO@DW pri Re = 20.000 omogućava povećanje prenosa toplote u cevi VK-2 do maksimalne vrednosti od 44,45%.Osim toga, kada se koristi upredena parica kabela i umetak zavojnice pod istim graničnim uvjetima, koeficijent trenja se povećava za faktore 1,17 i 1,19 u odnosu na DW.Općenito, toplinska efikasnost nanofluida umetnutih u zavojnice je bolja od one nanofluida ubačenih u upletene žice.Volumetrijska karakteristika turbulentnog (MWCNT@DW) toka nanofluida proučavana je unutar horizontalne cijevi umetnute u spiralnu žicu.Parametri toplotnih performansi bili su > 1 za sve slučajeve, što ukazuje da kombinacija nanofluidika sa umetkom zavojnice poboljšava prenos toplote bez trošenja snage pumpe.Sažetak—U uslovima turbulentnog strujanja nanofluida Al2O3 + TiO2@DW proučavane su hidrotermalne karakteristike dvocevnog izmenjivača toplote sa različitim umetcima od modifikovane upredeno-upletene trake u obliku slova V (VcTT).U poređenju sa DW u baznim cevima, Nuavg ima značajno poboljšanje od 132% i koeficijent trenja do 55%.Pored toga, razmatrana je energetska efikasnost nanokompozita Al2O3+TiO2@DW u dvocevnom izmenjivaču toplote26.U svojoj studiji su otkrili da je upotreba Al2O3 + TiO2@DW i TT poboljšala efikasnost eksergije u odnosu na DW.U koncentričnim cevastim izmenjivačima toplote sa VcTT turbulatorima, Singh i Sarkar27 su koristili materijale za promenu faze (PCM), dispergovane jednostruke/nanokompozitne nanofluide (Al2O3@DW sa PCM i Al2O3 + PCM).Izvijestili su da se prijenos topline i gubitak tlaka povećavaju kako koeficijent uvijanja opada i koncentracija nanočestica raste.Veći faktor dubine V-zareza ili manji faktor širine mogu osigurati veći prijenos topline i gubitak tlaka.Osim toga, grafen-platina (Gr-Pt) je korišten za istraživanje topline, trenja i ukupne stope stvaranja entropije u cijevima sa 2-TT28 umetcima.Njihova studija je pokazala da manji procenat (Gr-Pt) značajno smanjuje stvaranje toplotne entropije u poređenju sa relativno većim razvojem entropije trenja.Mješoviti nanofluidi Al2O3@MgO i konusni WC mogu se smatrati dobrom mješavinom, jer povećani omjer (h/Δp) može poboljšati hidrotermalne performanse dvocijevnog izmjenjivača topline 29 .Numerički model se koristi za procjenu performansi uštede energije i okoliša izmjenjivača topline s različitim trokomponentnim hibridnim nanofluidima (THNF) (Al2O3 + grafen + MWCNT) suspendiranim u DW30.Zbog njegovih kriterija procjene performansi (PEC) u rasponu od 1,42–2,35, potrebna je kombinacija depresivnog uvrnutog umetka turbulizatora (DTTI) i (Al2O3 + Grafen + MWCNT).
Do sada se malo pažnje poklanjalo ulozi kovalentne i nekovalentne funkcionalizacije u hidrodinamičkom toku u termalnim fluidima.Specifična svrha ovog istraživanja bila je usporedba toplinsko-hidrauličnih karakteristika nanofluida (ZNP-SDBS@DV) i (ZNP-COOH@DV) u umetcima od tordirane trake sa uglovima spirale od 45° i 90°.Termofizička svojstva mjerena su pri Tin = 308 K. U ovom slučaju su u postupku poređenja uzeta tri masena udjela, kao što su (0,025 tež.%, 0,05 tež.% i 0,1 tež.%).Prijenos posmičnog naprezanja u 3D modelu turbulentnog strujanja (SST k-ω) koristi se za rješavanje termo-hidrauličnih karakteristika.Dakle, ova studija daje značajan doprinos proučavanju pozitivnih svojstava (prijenos topline) i negativnih svojstava (pad pritiska na trenje), demonstrirajući termo-hidraulične karakteristike i optimizaciju stvarnih radnih fluida u ovakvim inženjerskim sistemima.
Osnovna konfiguracija je glatka cijev (L = 900 mm i Dh = 20 mm).Dimenzije umetnute tordirane trake (dužina = 20 mm, debljina = 0,5 mm, profil = 30 mm).U ovom slučaju, dužina, širina i hod spiralnog profila bili su 20 mm, 0,5 mm, odnosno 30 mm.Upletene trake su nagnute pod 45° i 90°.Različiti radni fluidi kao što su DW, nekovalentni nanofluidi (GNF-SDBS@DW) i kovalentni nanofluidi (GNF-COOH@DW) na Tin = 308 K, tri različite masene koncentracije i različiti Reynoldsovi brojevi.Ispitivanja su obavljena unutar izmjenjivača topline.Vanjski zid spiralne cijevi zagrijan je na konstantnoj površinskoj temperaturi od 330 K da bi se testirali parametri za poboljšanje prijenosa topline.
Na sl.1 šematski prikazuje upletenu cijev za umetanje trake s primjenjivim graničnim uvjetima i mrežnom površinom.Kao što je ranije spomenuto, granični uvjeti brzine i pritiska primjenjuju se na ulazne i izlazne dijelove spirale.Pri konstantnoj površinskoj temperaturi, na zid cijevi se postavlja uvjet protiv klizanja.Trenutna numerička simulacija koristi rješenje zasnovano na pritisku.Istovremeno, program (ANSYS FLUENT 2020R1) se koristi za pretvaranje parcijalne diferencijalne jednačine (PDE) u sistem algebarskih jednačina koristeći metodu konačnih volumena (FMM).SIMPLE metoda drugog reda (poluimplicitna metoda za sekvencijalne jednačine zavisne od pritiska) povezana je sa brzina-pritisak.Treba naglasiti da je konvergencija reziduala za jednadžbe mase, impulsa i energije manja od 103 i 106, respektivno.
p Dijagram fizičkih i računskih domena: (a) ugao spirale 90°, (b) ugao spirale 45°, (c) nema spiralne oštrice.
Za objašnjenje svojstava nanofluida koristi se homogeni model.Ugrađivanjem nanomaterijala u bazni fluid (DW), formira se kontinualni fluid sa odličnim termičkim svojstvima.U tom smislu, temperatura i brzina baznog fluida i nanomaterijala imaju istu vrijednost.Zbog navedenih teorija i pretpostavki, u ovoj studiji funkcioniše efikasan jednofazni protok.Nekoliko studija je pokazalo učinkovitost i primjenjivost jednofaznih tehnika za nanofluidni tok31,32.
Protok nanofluida mora biti Njutnov turbulentan, nestišljiv i stacionaran.Rad kompresije i viskozno zagrijavanje su irelevantni u ovoj studiji.Osim toga, debljina unutrašnjih i vanjskih zidova cijevi se ne uzima u obzir.Stoga se jednadžbe očuvanja mase, momenta i energije koje definiraju termički model mogu izraziti na sljedeći način:
gdje je \(\overrightarrow{V}\) srednji vektor brzine, Keff = K + Kt je efektivna toplotna provodljivost kovalentnih i nekovalentnih nanofluida, a ε je brzina disipacije energije.Efektivna termofizička svojstva nanofluida, uključujući gustinu (ρ), viskozitet (μ), specifični toplotni kapacitet (Cp) i toplotnu provodljivost (k), prikazana u tabeli, izmerena su tokom eksperimentalne studije na temperaturi od 308 K1 kada se koristi u ovim simulatorima.
Numeričke simulacije turbulentnog strujanja nanofluida u konvencionalnim i TT cijevima izvedene su na Reynoldsovim brojevima 7000 ≤ Re ≤ 17000. Ove simulacije i koeficijenti konvektivnog prijenosa topline analizirani su korištenjem Mentorovog κ-ω turbulentnog modela turbulencije prosječnog prijenosa posmičnog naprezanja (SST) model Navier-Stokes, koji se obično koristi u aerodinamičkim istraživanjima.Osim toga, model radi bez zidne funkcije i precizan je u blizini zidova 35,36.(SST) κ-ω vladajuće jednadžbe modela turbulencije su sljedeće:
gdje je \(S\) vrijednost brzine deformacije, a \(y\) je udaljenost do susjedne površine.U međuvremenu, \({\alpha}_{1}\), \({\alpha}_{2}\), \({\beta}_{1}\), \({\beta}_{ 2 }\), \({\beta}^{*}\), \({\sigma}_{{k}_{1}}\), \({\sigma}_{{k}_{ 2 }}\), \({\sigma}_{{\omega}_{1}}\) i \({\sigma}_{{\omega}_{2}}\) označavaju sve konstante modela.F1 i F2 su mješovite funkcije.Napomena: F1 = 1 u graničnom sloju, 0 u nadolazećem toku.
Parametri procjene učinka koriste se za proučavanje turbulentnog konvektivnog prijenosa topline, kovalentnog i nekovalentnog toka nanofluida, na primjer31:
U ovom kontekstu, (\(\rho\)), (\(v\)), (\({D}_{h}\)) i (\(\mu\)) se koriste za gustinu, brzinu fluida , hidraulički prečnik i dinamički viskozitet.(\({C}_{p}\, \mathrm{u}\, k\)) – specifični toplotni kapacitet i toplotna provodljivost fluida koji teče.Također, (\(\dot{m}\)) se odnosi na maseni protok, a (\({T}_{out}-{T}_{in}\)) se odnosi na ulaznu i izlaznu temperaturnu razliku.(NF) se odnosi na kovalentne, nekovalentne nanofluide, a (DW) se odnosi na destilovanu vodu (bazni fluid).\({A}_{s} = \pi DL\), \({\overline{T}}_{f}=\frac{\left({T}_{out}-{T}_{in }\right)}{2}\) i \({\overline{T}}_{w}=\sum \frac{{T}_{w}}{n}\).
Termofizička svojstva baznog fluida (DW), nekovalentnog nanofluida (GNF-SDBS@DW) i kovalentnog nanofluida (GNF-COOH@DW) preuzeta su iz objavljene literature (eksperimentalne studije), Sn = 308 K, kao prikazano u tabeli 134. U tipičnom eksperimentu za dobijanje nekovalentnog (GNP-SDBS@DW) nanofluida sa poznatim masenim procentima, određeni grami primarnih GNP-a su prvobitno izvagani na digitalnoj vagi.Odnos težine SDBS/nativnog GNP-a je (0,5:1) ponderisan u DW.U ovom slučaju, kovalentni (COOH-GNP@DW) nanofluidi su sintetizovani dodavanjem karboksilnih grupa na površinu GNP koristeći jako kiseli medij sa volumnim odnosom (1:3) HNO3 i H2SO4.Kovalentni i nekovalentni nanofluidi su suspendovani u DW u tri različita težinska procenta kao što su 0,025 tež%, 0,05 tež%.i 0,1% mase.
Testovi neovisnosti mreže provedeni su u četiri različita računska domena kako bi se osiguralo da veličina mreže ne utječe na simulaciju.U slučaju torzijske cijevi od 45°, broj jedinica veličine jedinice 1,75 mm je 249 033, broj jedinica veličine jedinice 2 mm je 307 969, broj jedinica veličine jedinice 2,25 mm je 421 406, a broj jedinica sa veličinom jedinice 2 ,5 mm 564 940 respektivno.Osim toga, u primjeru cijevi uvijene za 90°, broj elemenata s veličinom elementa od 1,75 mm je 245 531, broj elemenata s veličinom elementa od 2 mm je 311 584, broj elemenata s veličinom elementa od 2,25 mm je 422.708, a broj elemenata sa veličinom elementa od 2,5 mm je 573.826.Preciznost očitavanja termičkih svojstava kao što su (Tout, htc i Nuavg) raste kako se broj elemenata smanjuje.Istovremeno, tačnost vrijednosti koeficijenta trenja i pada tlaka pokazala je potpuno drugačije ponašanje (slika 2).Mreža (2) je korištena kao glavno područje mreže za procjenu toplinsko-hidrauličkih karakteristika u simuliranom slučaju.
Testiranje prijenosa topline i performansi pada tlaka neovisno o mreži pomoću parova DW cijevi uvijenih na 45° i 90°.
Sadašnji numerički rezultati su potvrđeni za performanse prijenosa topline i koeficijent trenja koristeći dobro poznate empirijske korelacije i jednačine kao što su Dittus-Belter, Petukhov, Gnelinsky, Notter-Rouse i Blasius.Poređenje je izvršeno pod uslovom 7000≤Re≤17000.Prema sl.3, prosječne i maksimalne greške između rezultata simulacije i jednačine prijenosa topline su 4,050 i 5,490% (Dittus-Belter), 9,736 i 11,33% (Petukhov), 4,007 i 7,483% (Gnelinsky), i 3,893% (Gnelinsky) i 3,883% i . Nott-Belter).Rose).U ovom slučaju, prosječne i maksimalne greške između rezultata simulacije i jednadžbe koeficijenta trenja su 7,346% i 8,039% (Blasius) i 8,117% i 9,002% (Petukhov), respektivno.
Prijenos topline i hidrodinamička svojstva DW kod različitih Reynoldsovih brojeva korištenjem numeričkih proračuna i empirijskih korelacija.
Ovaj odjeljak razmatra termička svojstva nekovalentnih (LNP-SDBS) i kovalentnih (LNP-COOH) vodenih nanofluida pri tri različite masene frakcije i Reynoldsovim brojevima kao prosjecima u odnosu na bazni fluid (DW).Za 7000 ≤ Re ≤ 17000 razmatraju se dvije geometrije izmjenjivača topline sa spiralnim trakama (ugao spirale 45° i 90°). Na sl.4 prikazuje prosječnu temperaturu na izlazu nanofluida u bazni fluid (DW) (\(\frac{{{{T}_{out}}_{NFs}}{{{T}_{out}}_{ DW } } \) ) na (0,025% tež., 0,05% tež. i 0,1% tež.).(\(\frac{{{T}_{out}}_{NFs}}{{{T}_{out}}_{DW}}\)) je uvijek manji od 1, što znači da je izlazna temperatura je nekovalentni (VNP-SDBS) i kovalentni (VNP-COOH) nanofluidi su ispod temperature na izlazu iz bazne tečnosti.Najniža i najveća smanjenja bila su 0,1 tež.%-COOH@GNPs i 0,1 tež.%-SDBS@GNPs, respektivno.Ovaj fenomen nastaje zbog povećanja Reynoldsovog broja pri konstantnom masenom udjelu, što dovodi do promjene svojstava nanofluida (tj. gustoće i dinamičke viskoznosti).
Slike 5 i 6 prikazuju prosječne karakteristike prijenosa topline nanofluida u bazni fluid (DW) pri (0,025 tež.%, 0,05 tež.% i 0,1 tež. %).Prosječna svojstva prijenosa topline su uvijek veća od 1, što znači da su svojstva prijenosa topline nekovalentnih (LNP-SDBS) i kovalentnih (LNP-COOH) nanofluida poboljšana u poređenju sa baznim fluidom.0,1 wt%-COOH@GNPs i 0,1wt%-SDBS@GNPs postigli su najniži i najveći dobitak, respektivno.Kada se Reynoldsov broj poveća zbog većeg miješanja fluida i turbulencije u cijevi 1, učinak prijenosa topline se poboljšava.Fluidi kroz male praznine postižu veće brzine, što rezultira tanjim graničnim slojem brzina/toplina, što povećava brzinu prijenosa topline.Dodavanje više nanočestica osnovnoj tekućini može imati pozitivne i negativne rezultate.Povoljni efekti uključuju povećane sudare nanočestica, povoljne zahtjeve za toplotnom provodljivošću fluida i poboljšani prijenos topline.
Koeficijent prijenosa topline nanofluida u bazni fluid u zavisnosti od Reynoldsovog broja za cijevi od 45° i 90°.
Istovremeno, negativan učinak je povećanje dinamičke viskoznosti nanofluida, što smanjuje mobilnost nanofluida, čime se smanjuje prosječni Nuseltov broj (Nuavg).Povećana toplotna provodljivost nanofluida (ZNP-SDBS@DW) i (ZNP-COOH@DW) trebala bi biti posljedica Brownovog kretanja i mikrokonvekcije nanočestica grafena suspendiranih u DW37.Toplotna provodljivost nanofluida (ZNP-COOH@DV) je veća od one nanofluida (ZNP-SDBS@DV) i destilovane vode.Dodavanje više nanomaterijala osnovnoj tekućini povećava njihovu toplinsku provodljivost (Tablica 1)38.
Slika 7 ilustruje prosječni koeficijent trenja nanofluida sa baznim fluidom (DW) (f(NFs)/f(DW)) u masenim procentima (0,025%, 0,05% i 0,1%).Prosječni koeficijent trenja je uvijek ≈1, što znači da nekovalentni (GNF-SDBS@DW) i kovalentni (GNF-COOH@DW) nanofluidi imaju isti koeficijent trenja kao i osnovni fluid.Izmjenjivač topline s manje prostora stvara veću opstrukciju protoka i povećava trenje protoka1.U osnovi, koeficijent trenja blago raste s povećanjem masenog udjela nanofluida.Veći gubici zbog trenja uzrokovani su povećanom dinamičkom viskoznošću nanofluida i povećanim posmičnim naprezanjem na površini s većim masenim postotkom nanografena u osnovnoj tekućini.Tabela (1) pokazuje da je dinamička viskoznost nanofluida (ZNP-SDBS@DV) veća od viskoznosti nanofluida (ZNP-COOH@DV) pri istom težinskom procentu, što je povezano sa dodatkom površinskih efekata.aktivne tvari na nekovalentnom nanofluidu.
Na sl.8 prikazuje nanofluid u poređenju sa baznim fluidom (DW) (\(\frac{{\Delta P}_{NFs}}{{\Delta P}_{DW}}\)) na (0,025%, 0,05% i 0,1% ).Nekovalentni (GNPs-SDBS@DW) nanofluid je pokazao veći prosječni gubitak tlaka, i uz povećanje masenog procenta na 2,04% za 0,025% tež., 2,46% za 0,05% tež.i 3,44% za 0,1% mas.sa uvećanjem kućišta (ugao spirale 45° i 90°).U međuvremenu, nanofluid (GNPs-COOH@DW) je pokazao niži prosječni gubitak tlaka, povećavajući se sa 1,31% na 0,025% tež.do 1,65% pri 0,05% mas.Prosječni gubitak tlaka od 0,05 tež.%-COOH@NP i 0,1 tež.%-COOH@NP je 1,65%.Kao što se može vidjeti, pad tlaka raste sa povećanjem Re broja u svim slučajevima.Povećani pad tlaka pri visokim vrijednostima Re ukazuje direktna ovisnost o volumnom protoku.Dakle, veći Re broj u cijevi dovodi do većeg pada tlaka, što zahtijeva povećanje snage pumpe39,40.Osim toga, gubici tlaka su veći zbog većeg intenziteta vrtloga i turbulencije koje stvara veća površina, što povećava interakciju sila pritiska i inercije u graničnom sloju1.
Općenito, kriteriji procjene učinka (PEC) za nekovalentne (VNP-SDBS@DW) i kovalentne (VNP-COOH@DW) nanofluide prikazani su na Sl.9. Nanofluid (ZNP-SDBS@DV) je pokazao veće PEC vrijednosti od (ZNP-COOH@DV) u oba slučaja (ugao spirale 45° i 90°) i poboljšan je povećanjem masenog udjela, na primjer, 0,025 mas.%.je 1,17, 0,05 mas.% je 1,19 i 0,1 mas.% je 1,26.U međuvremenu, vrijednosti PEC za korištenje nanofluida (GNPs-COOH@DW) bile su 1,02 za 0,025 wt%, 1,05 za 0,05 wt%, 1,05 za 0,1 wt%.u oba slučaja (ugao spirale 45° i 90°).1.02.U pravilu, s povećanjem Reynoldsovog broja, toplotno-hidraulička efikasnost značajno opada.Kako se Reynoldsov broj povećava, smanjenje koeficijenta toplotno-hidrauličke efikasnosti je sistematski povezano sa povećanjem (NuNFs/NuDW) i smanjenjem (fNFs/fDW).
Hidrotermalna svojstva nanofluida u odnosu na bazne fluide u zavisnosti od Reynoldsovih brojeva za cijevi sa uglovima od 45° i 90°.
Ovaj odjeljak razmatra termička svojstva vode (DW), nekovalentnih (VNP-SDBS@DW) i kovalentnih (VNP-COOH@DW) nanofluida pri tri različite masene koncentracije i Reynoldsovim brojevima.Razmotrene su dvije geometrije izmjenjivača topline sa zavojnim trakama u rasponu 7000 ≤ Re ≤ 17000 u odnosu na konvencionalne cijevi (uglovi spirale 45° i 90°) kako bi se procijenile prosječne termo-hidraulične performanse.Na sl.10 prikazuje temperaturu vode i nanofluida na izlazu kao prosjek koristeći (ugao spirale 45° i 90°) za zajedničku cijev (\(\frac{{{T}_{out}}_{Twisted}}{{ {T} _{out}}_{Regular}}\)).Nekovalentni (GNP-SDBS@DW) i kovalentni (GNP-COOH@DW) nanofluidi imaju tri različite masene frakcije kao što su 0,025 tež%, 0,05 tež% i 0,1 tež.%.Kao što je prikazano na sl.11, prosječna vrijednost izlazne temperature (\(\frac{{{T}_{out}}_{Twisted}}{{{T}_{out}}_{Plain}}\)) > 1, što ukazuje da je (ugao spirale od 45° i 90°) temperatura na izlazu iz izmjenjivača topline značajnija od one u konvencionalnoj cijevi, zbog većeg intenziteta turbulencije i boljeg miješanja tekućine.Osim toga, temperatura na izlazu DW, nekovalentnih i kovalentnih nanofluida opadala je sa povećanjem Reynoldsovog broja.Bazni fluid (DW) ima najvišu srednju izlaznu temperaturu.U međuvremenu, najniža vrijednost se odnosi na 0,1 wt%-SDBS@GNPs.Nekovalentni (GNPs-SDBS@DW) nanofluidi su pokazali nižu prosječnu izlaznu temperaturu u poređenju sa kovalentnim (GNPs-COOH@DW) nanofluidima.Budući da uvijena traka čini polje protoka mješovijim, toplotni tok u blizini zida može lakše proći kroz tekućinu, povećavajući ukupnu temperaturu.Manji omjer uvijanja i trake rezultira boljim prodiranjem, a time i boljim prijenosom topline.S druge strane, može se vidjeti da umotana traka održava nižu temperaturu uza zid, što zauzvrat povećava Nuavg.Za umetke od upletene trake, viša vrijednost Nuavg ukazuje na poboljšani konvektivni prijenos topline unutar cijevi22.Zbog povećanog puta protoka i dodatnog miješanja i turbulencije, vrijeme zadržavanja se povećava, što rezultira povećanjem temperature tekućine na izlazu41.
Reynoldsovi brojevi različitih nanofluida u odnosu na izlaznu temperaturu konvencionalnih cijevi (uglovi spirale od 45° i 90°).
Koeficijenti prijenosa topline (45° i 90° ugao spirale) u odnosu na Reynoldsove brojeve za različite nanofluide u poređenju sa konvencionalnim cijevima.
Glavni mehanizam poboljšanog prijenosa topline namotane trake je sljedeći: 1. Smanjenje hidrauličkog promjera cijevi za izmjenu topline dovodi do povećanja brzine protoka i zakrivljenosti, što zauzvrat povećava posmično naprezanje na zidu i potiče sekundarno kretanje.2. Zbog blokade trake za namotavanje, brzina na zidu cijevi se povećava, a debljina graničnog sloja se smanjuje.3. Spiralni tok iza uvijenog pojasa dovodi do povećanja brzine.4. Inducirani vrtlozi poboljšavaju miješanje fluida između centralnog i uzzidnog područja toka42.Na sl.11 i sl.12 prikazuje svojstva prijenosa topline DW-a i nanofluida, na primjer (koeficijent prijenosa topline i prosječan Nuseltov broj) kao prosječne vrijednosti pomoću cijevi za umetanje upletene trake u poređenju sa konvencionalnim cijevima.Nekovalentni (GNP-SDBS@DW) i kovalentni (GNP-COOH@DW) nanofluidi imaju tri različite masene frakcije kao što su 0,025 tež%, 0,05 tež% i 0,1 tež.%.U oba izmjenjivača topline (ugao spirale od 45° i 90°) prosječne performanse prijenosa topline su >1, što ukazuje na poboljšanje koeficijenta prijenosa topline i prosječnog Nusseltovog broja sa namotanim cijevima u poređenju sa konvencionalnim cijevima.Nekovalentni (GNPs-SDBS@DW) nanofluidi su pokazali veće prosječno poboljšanje prijenosa topline od kovalentnih (GNPs-COOH@DW) nanofluida.Pri Re = 900, poboljšanje od 0,1 tež% u performansama prijenosa topline -SDBS@GNPs za dva izmjenjivača topline (ugao spirale od 45° i 90°) bilo je najveće sa vrijednošću od 1,90.To znači da je uniformni TP efekat važniji pri manjim brzinama fluida (Reynoldsov broj)43 i povećanom intenzitetu turbulencije.Zbog uvođenja višestrukih vrtloga, koeficijent prijenosa topline i prosječan Nusselt broj TT cijevi su veći od konvencionalnih cijevi, što rezultira tanjim graničnim slojem.Da li prisustvo HP povećava intenzitet turbulencije, mešanja tokova radnog fluida i poboljšanog prenosa toplote u poređenju sa osnovnim cevima (bez umetanja uvrnute-uvrnute trake)21.
Prosječni Nuseltov broj (ugao spirale 45° i 90°) u odnosu na Reynoldsov broj za različite nanofluide u poređenju sa konvencionalnim cijevima.
Slike 13 i 14 prikazuju prosječni koeficijent trenja (\(\frac{{f}_{Twisted}}{{f}_{Plain}}\)) i gubitak pritiska (\(\frac{{\Delta P} _ {Twisted}}{{\Delta P}_{Plain}}\}} oko 45° i 90° za konvencionalne cijevi koje koriste DW nanofluide, (GNPs-SDBS@DW) i (GNPs-COOH@DW) jonski izmjenjivač sadrži (0,025 tež. %, 0,05 tež. % i 0,1 tež. %). { {f}_{Plain} }\)) i gubitak pritiska (\(\frac{{ \Delta P}_{Twisted}}{{\Delta P }_{Plain}}\}), koeficijent trenja i gubitak pritiska su veći pri nižim Reynoldsovim brojevima Prosječni koeficijent trenja i gubitak tlaka su između 3,78 i 3,12 Prosječni koeficijent trenja i gubitak pritiska pokazuju da (heliks od 45° ugao i 90°) izmjenjivač topline košta tri puta više od konvencionalnih cijevi.Osim toga, kada radni fluid teče većom brzinom, koeficijent trenja se smanjuje.Problem nastaje jer kako se Reynoldsov broj povećava, debljina graničnog sloja smanjuje se, što dovodi do smanjenja utjecaja dinamičke viskoznosti na zahvaćeno područje, smanjenja gradijenata brzine i posmičnog naprezanja i, posljedično, smanjenja koeficijenta trenja21.Poboljšani efekat blokiranja zbog prisustva TT i povećanog vrtloga rezultira značajno većim gubicima tlaka za heterogene TT cijevi nego za osnovne cijevi.Osim toga, i za osnovnu cijev i za TT cijev, može se vidjeti da pad tlaka raste sa brzinom radnog fluida43.
Koeficijent trenja (45° i 90° ugao spirale) u odnosu na Reynoldsov broj za različite nanofluide u poređenju sa konvencionalnim cijevima.
Gubitak pritiska (ugao spirale od 45° i 90°) kao funkcija Reynoldsovog broja za različite nanofluide u odnosu na konvencionalnu cijev.
Ukratko, slika 15 prikazuje kriterijume za procenu performansi (PEC) za izmenjivače toplote sa uglovima od 45° i 90° u poređenju sa običnim cevima (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}} \ ) ) u (0,025 wt.%, 0,05 wt.% i 0,1 wt.%) koristeći DV, (VNP-SDBS@DV) i kovalentne (VNP-COOH@DV) nanofluide.Vrijednost (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) > 1 u oba slučaja (ugao spirale od 45° i 90°) u izmjenjivaču topline.Osim toga, (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) dostiže svoju najbolju vrijednost pri Re = 11,000.Izmjenjivač topline od 90° pokazuje neznatno povećanje (\ (\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}})) u poređenju sa izmjenjivačem topline od 45°., Pri Re = 11,000 0,1 wt%-GNPs@SDBS predstavlja veće (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}})) vrijednosti, npr. 1,25 za ugao izmjenjivača toplote od 45° i 1,27 za kutni izmjenjivač topline od 90°.Veći je od jedan u svim procentima masenog udjela, što ukazuje na to da su cijevi s upletenim umetcima trake superiornije od konvencionalnih cijevi.Značajno je da je poboljšani prijenos topline koji osiguravaju umetci trake rezultirao značajnim povećanjem gubitaka zbog trenja22.
Kriterijumi efikasnosti za Reynoldsov broj različitih nanofluida u odnosu na konvencionalne cijevi (ugao spirale od 45° i 90°).
Dodatak A prikazuje strujne linije za 45° i 90° izmjenjivače topline na Re = 7000 koristeći DW, 0,1 tež%-GNP-SDBS@DW i 0,1 tež%-GNP-COOH@DW.Strujne linije u poprečnoj ravni su najupečatljivija karakteristika efekta umetka upletene trake na glavni tok.Upotreba izmjenjivača topline od 45° i 90° pokazuje da je brzina u području uz zid približno ista.U međuvremenu, Dodatak B prikazuje konture brzine za 45° i 90° izmjenjivače topline na Re = 7000 koristeći DW, 0,1 tež%-GNP-SDBS@DW i 0,1 tež%-GNP-COOH@DW.Petlje brzine su na tri različite lokacije (slice), na primjer, obična-1 (P1 = −30 mm), obična-4 (P4 = 60 mm) i obična-7 (P7 = 150 mm).Brzina protoka u blizini zida cijevi je najmanja, a brzina fluida raste prema centru cijevi.Osim toga, pri prolasku kroz zračni kanal povećava se područje malih brzina u blizini zida.To je zbog rasta hidrodinamičkog graničnog sloja, koji povećava debljinu područja male brzine u blizini zida.Osim toga, povećanje Reynoldsovog broja povećava ukupni nivo brzine u svim poprečnim presjecima, čime se smanjuje debljina područja niske brzine u kanalu39.
Kovalentno i nekovalentno funkcionalizirani nano listovi grafena su procijenjeni u upletenim umetcima trake sa uglovima spirale od 45° i 90°.Izmjenjivač topline je numerički riješen korištenjem SST k-omega modela turbulencije na 7000 ≤ Re ≤ 17000. Termofizička svojstva su izračunata na Tin = 308 K. Istovremeno zagrijati zid uvijene cijevi na konstantnoj temperaturi od 330 K. COOH@DV) je razrijeđen u tri masene količine, na primjer (0,025 tež.%, 0,05 tež.% i 0,1 tež.%).Trenutna studija razmatra šest glavnih faktora: izlaznu temperaturu, koeficijent prijenosa topline, prosječan Nusselt broj, koeficijent trenja, gubitak tlaka i kriterije procjene performansi.Evo glavnih nalaza:
Prosječna izlazna temperatura (\({{T}_{out}}_{Nanofluids}\)/\({{T}_{out}}_{Basefluid}\)) je uvijek manja od 1, što znači da nerasprostranjena Izlazna temperatura valentnih (ZNP-SDBS@DV) i kovalentnih (ZNP-COOH@DV) nanofluida je niža od one bazne tečnosti.U međuvremenu, prosječna izlazna temperatura (\({{T}_{out}}_{Twisted}\)/\({{T}_{out}}_{Plain}\)) vrijednost > 1, što ukazuje na činjenica da je (45° i 90° ugao spirale) izlazna temperatura viša nego kod konvencionalnih cijevi.
U oba slučaja, prosječne vrijednosti svojstava prijenosa topline (nanofluid/bazni fluid) i (upletena cijev/normalna cijev) uvijek pokazuju >1.Nekovalentni (GNPs-SDBS@DW) nanofluidi su pokazali veći prosječni porast prijenosa topline, što odgovara kovalentnim (GNPs-COOH@DW) nanofluidima.
Prosječni koeficijent trenja (\({f}_{Nanofluids}/{f}_{Basefluid}\)) nekovalentnih (VNP-SDBS@DW) i kovalentnih (VNP-COOH@DW) nanofluida je uvijek ≈1 .trenje nekovalentnih (ZNP-SDBS@DV) i kovalentnih (ZNP-COOH@DV) nanofluida (\({f}_{Twisted}/{f}_{Plain}\)) za uvijek > 3.
U oba slučaja (ugao heliksa od 45° i 90°), nanofluidi (GNPs-SDBS@DW) su pokazali više (\({\Delta P}_{Nanofluids}/{\Delta P}_{Basefluid}\)) 0,025 tež.% za 2,04%, 0,05 tež.% za 2,46% i 0,1 tež.% za 3,44%.U međuvremenu, (GNPs-COOH@DW) nanofluidi su pokazali niže (\({\Delta P}_{Nanofluids}/{\Delta P}_{Basefluid}\)) od 1,31% za 0,025 tež.% do 1,65% je 0,05 % po težini.Osim toga, prosječni gubitak pritiska (\({\Delta P}_{Twisted}/{\Delta P}_{Plain}\) nekovalentnog (GNPs-SDBS@DW) i kovalentnog (GNPs-COOH@DW) ))) nanofluidi uvijek >3.
U oba slučaja (uglovi spirale od 45° i 90°), nanofluidi (GNPs-SDBS@DW) su pokazali veću (\({PEC}_{Nanofluids}/{PEC} _{Bazefluid}\)) @DW vrijednost) , npr. 0,025 tež. % – 1,17, 0,05 tež. % – 1,19, 0,1 tež. % – 1,26.U ovom slučaju, vrijednosti (\({PEC}_{Nanofluids}/{PEC}_{Basefluid}\)) korišćenjem (GNPs-COOH@DW) nanofluida su 1,02 za 0,025 tež.%, 1,05 za 0 , 05 mas.% i 1,02 je 0,1% težinski.Osim toga, pri Re = 11,000, 0,1 wt%-GNPs@SDBS pokazalo je veće vrijednosti (\({PEC}_{Twisted}/{PEC}_{Plain}\)), kao što je 1,25 za ugao spirale od 45° i ugao spirale od 90° 1,27.
Thianpong, C. et al.Višenamjenska optimizacija protoka nanofluid titan dioksida/vode u izmjenjivaču topline, poboljšana umetcima upletene trake sa delta krilima.interni J. Hot.nauku.172, 107318 (2022).
Langerudi, HG i Jawaerde, C. Eksperimentalna studija nenjutnovskog toka fluida u mehovima umetnutim tipičnim i uvrnutim trakama u obliku slova V.Prijenos topline i mase 55, 937–951 (2019).
Dong, X. et al.Eksperimentalno proučavanje karakteristika prijenosa topline i otpora protoka spiralno uvijenog cijevnog izmjenjivača topline [J].Temperatura nanošenja.projekat.176, 115397 (2020).
Yongsiri, K., Eiamsa-Ard, P., Wongcharee, K. & Eiamsa-Ard, SJCS Poboljšan prijenos topline u turbulentnom kanalnom toku sa kosim razdjelnim rebrima.aktuelno istraživanje.temperatura.projekat.3, 1–10 (2014).
Vrijeme objave: Mar-17-2023