Faleminderit që vizituat Nature.com.Ju jeni duke përdorur një version të shfletuesit me mbështetje të kufizuar CSS.Për përvojën më të mirë, ju rekomandojmë të përdorni një shfletues të përditësuar (ose çaktivizoni modalitetin e përputhshmërisë në Internet Explorer).Përveç kësaj, për të siguruar mbështetje të vazhdueshme, ne e shfaqim sajtin pa stile dhe JavaScript.
Rrëshqitës që tregojnë tre artikuj për rrëshqitje.Përdorni butonat e pasëm dhe të ardhshëm për të lëvizur nëpër rrëshqitje, ose butonat e kontrolluesit të rrëshqitjes në fund për të lëvizur nëpër secilën rrëshqitje.
304 Tub me mbështjellje çelik inox 10*1mm në Kinë
Madhësia: 3/4 inç, 1/2 inç, 1 inç, 3 inç, 2 inç
Gjatësia e tubit të njësisë: 6 metra
Klasa e çelikut: 201, 304 DHE 316
Nota: 201, 202, 304, 316, 304L, 316 L,
Materiali: çelik inox
Gjendja: E re
Spiralja e tubit prej çeliku inox
Madhësia: 3/4 inç, 1/2 inç, 1 inç, 3 inç, 2 inç
Gjatësia e tubit të njësisë: 6 metra
Klasa e çelikut: 201, 304 DHE 316
Nota: 201, 202, 304, 316, 304L, 316 L,
Materiali: çelik inox
Gjendja: E re
Nanofluidet kovalente dhe jokovalente u testuan në tuba të rrumbullakët të pajisur me futje shiriti të përdredhur me kënde spirale prej 45° dhe 90°.Numri Reynolds ishte 7000 ≤ Re ≤ 17000, vetitë termofizike u vlerësuan në 308 K. Modeli fizik zgjidhet numerikisht duke përdorur një model viskoziteti turbulent me dy parametra (SST k-omega turbulence).Përqendrimet (0.025 wt.%, 0.05 wt.% dhe 0.1 wt.%) të nanofluideve ZNP-SDBS@DV dhe ZNP-COOH@DV u morën parasysh në punë.Muret e tubave të përdredhur nxehen në një temperaturë konstante prej 330 K. Në studimin aktual u morën parasysh gjashtë parametra: temperatura e daljes, koeficienti i transferimit të nxehtësisë, numri mesatar Nusselt, koeficienti i fërkimit, humbja e presionit dhe kriteret e vlerësimit të performancës.Në të dyja rastet (këndi spirale prej 45° dhe 90°), nanofluidi ZNP-SDBS@DV tregoi karakteristika më të larta termo-hidraulike se ZNP-COOH@DV dhe u rrit me rritjen e fraksionit të masës, për shembull, 0,025 wt., dhe 0.05 wt.është 1.19.% dhe 1.26 – 0.1 wt.%.Në të dyja rastet (këndi i spirales 45° dhe 90°), vlerat e karakteristikave termodinamike kur përdorni GNP-COOH@DW janë 1,02 për 0,025% peshë, 1,05 për 0,05% peshë.dhe 1.02 për 0.1% wt.
Shkëmbyesi i nxehtësisë është një pajisje termodinamike 1 që përdoret për të transferuar nxehtësinë gjatë operacioneve të ftohjes dhe ngrohjes.Vetitë termo-hidraulike të shkëmbyesit të nxehtësisë përmirësojnë koeficientin e transferimit të nxehtësisë dhe zvogëlojnë rezistencën e lëngut të punës.Janë zhvilluar disa metoda për të përmirësuar transferimin e nxehtësisë, duke përfshirë përmirësuesit e turbulencës2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 dhe nanofluidet12,13,14,15.Futja e shiritit të përdredhur është një nga metodat më të suksesshme për përmirësimin e transferimit të nxehtësisë në shkëmbyesit e nxehtësisë për shkak të lehtësisë së mirëmbajtjes dhe kostos së ulët7,16.
Në një seri studimesh eksperimentale dhe llogaritëse, u studiuan vetitë hidrotermale të përzierjeve të nanofluideve dhe shkëmbyesve të nxehtësisë me futje shiriti të përdredhur.Në një punë eksperimentale, u studiuan vetitë hidrotermale të tre nanofluideve të ndryshëm metalikë (Ag@DW, Fe@DW dhe Cu@DW) në një shkëmbyes nxehtësie me shirit të përdredhur (STT)17.Krahasuar me tubin bazë, koeficienti i transferimit të nxehtësisë së STT është përmirësuar me 11% dhe 67%.Paraqitja SST është më e mira nga pikëpamja ekonomike për sa i përket efikasitetit me parametrin α = β = 0.33.Përveç kësaj, një rritje prej 18.2% në n u vu re me Ag@DW, megjithëse rritja maksimale e humbjes së presionit ishte vetëm 8.5%.Proceset fizike të transferimit të nxehtësisë dhe humbjes së presionit në tubacionet koncentrike me dhe pa turbulatorë të mbështjellë janë studiuar duke përdorur rrjedha turbulente të nanofluidit Al2O3@DW me konvekcion të detyruar.Numri mesatar maksimal Nusselt (Nuavg) dhe humbja e presionit vërehen në Re = 20,000 kur hapi i spirales = 25 mm dhe nanofluid Al2O3@DW 1.6 vol.%.Studime laboratorike janë kryer gjithashtu për të studiuar karakteristikat e transferimit të nxehtësisë dhe humbjes së presionit të nanofluideve të oksidit të grafenit (GO@DW) që rrjedhin nëpër tuba pothuajse rrethorë me futje WC.Rezultatet treguan se 0.12 vol%-GO@DW rriti koeficientin e transferimit të nxehtësisë konvektive me rreth 77%.Në një studim tjetër eksperimental, nanofluidet (TiO2@DW) u zhvilluan për të studiuar karakteristikat termo-hidraulike të tubave me gropëzime të pajisur me futje shiriti të përdredhur20.Efikasiteti maksimal hidrotermik prej 1.258 u arrit duke përdorur 0.15 vol%-TiO2@DW të ngulitura në boshte me pjerrësi 45° me një faktor rrotullimi 3.0.Modelet e simulimit njëfazor dhe dyfazor (hibrid) marrin parasysh rrjedhën dhe transferimin e nxehtësisë së nanofluideve CuO@DW në përqendrime të ndryshme të lëndëve të ngurta (1–4% vol.%)21.Efikasiteti maksimal termik i një tubi të futur me një shirit të përdredhur është 2,18, dhe një tub i futur me dy shirita të përdredhur në të njëjtat kushte është 2,04 (modeli dyfazor, Re = 36,000 dhe 4 vol.%).Është studiuar rrjedha turbulente e nanofluideve jo-njutoniane e karboksimetil celulozës (CMC) dhe oksidit të bakrit (CuO) në tubacionet kryesore dhe tubat me futje të përdredhura.Nuavg tregon një përmirësim prej 16,1% (për tubacionin kryesor) dhe 60% (për tubacionin me mbështjellje me një raport prej (H/D = 5)).Në përgjithësi, një raport më i ulët i kthesës ndaj shiritit rezulton në një koeficient më të lartë fërkimi.Në një studim eksperimental, efekti i tubave me një shirit të përdredhur (TT) dhe mbështjellje (VC) në vetitë e transferimit të nxehtësisë dhe koeficientit të fërkimit u studiua duke përdorur nanofluidet CuO@DW.Duke përdorur 0.3 vol.%-CuO@DW në Re = 20,000 bën të mundur rritjen e transferimit të nxehtësisë në tubin VK-2 në një vlerë maksimale prej 44,45%.Për më tepër, kur përdorni një kabllo të çiftit të përdredhur dhe një futje spirale në të njëjtat kushte kufitare, koeficienti i fërkimit rritet me faktorë 1.17 dhe 1.19 në krahasim me DW.Në përgjithësi, efikasiteti termik i nanofluideve të futura në mbështjellje është më i mirë se ai i nanofluideve të futura në telat e bllokuar.Karakteristika vëllimore e një rrjedhe nanofluid turbulente (MWCNT@DW) u studiua brenda një tubi horizontal të futur në një tel spirale.Parametrat e performancës termike ishin > 1 për të gjitha rastet, duke treguar se kombinimi i nanofluidëve me futjen e spirales përmirëson transferimin e nxehtësisë pa konsumuar fuqinë e pompës.Abstrakt-Karakteristikat hidrotermale të një shkëmbyesi nxehtësie me dy tuba me futje të ndryshme të bëra nga një shirit i modifikuar i përdredhur-përdredhur në formë V (VcTT) janë studiuar në kushtet e një rrjedhje turbulente të nanofluidit Al2O3 + TiO2@DW.Krahasuar me DW në tubat bazë, Nuavg ka një përmirësim të ndjeshëm prej 132% dhe një koeficient fërkimi deri në 55%.Përveç kësaj, u diskutua efikasiteti i energjisë i nanokompozitit Al2O3+TiO2@DW në një shkëmbyes nxehtësie me dy tuba26.Në studimin e tyre, ata zbuluan se përdorimi i Al2O3 + TiO2@DW dhe TT përmirësoi efikasitetin e eksergjisë në krahasim me DW.Në shkëmbyesit tubarë koncentrikë të nxehtësisë me turbulatorë VcTT, Singh dhe Sarkar27 përdorën materiale të ndryshimit të fazës (PCM), nanofluide të shpërndara të vetme/nanokompozit (Al2O3@DW me PCM dhe Al2O3 + PCM).Ata raportuan se transferimi i nxehtësisë dhe humbja e presionit rriten ndërsa koeficienti i kthesës zvogëlohet dhe përqendrimi i nanogrimcave rritet.Një faktor më i madh i thellësisë me pikë V ose një faktor më i vogël i gjerësisë mund të sigurojë transferim më të madh të nxehtësisë dhe humbje presioni.Përveç kësaj, grafen-platin (Gr-Pt) është përdorur për të hetuar nxehtësinë, fërkimin dhe shkallën e përgjithshme të gjenerimit të entropisë në tubat me futje 2-TT28.Studimi i tyre tregoi se një përqindje më e vogël e (Gr-Pt) uli ndjeshëm gjenerimin e entropisë së nxehtësisë në krahasim me një zhvillim relativisht më të lartë të entropisë së fërkimit.Nanofluidet e përziera Al2O3@MgO dhe WC konike mund të konsiderohen si një përzierje e mirë, pasi një raport i rritur (h/Δp) mund të përmirësojë performancën hidrotermale të një shkëmbyesi nxehtësie me dy tuba 29 .Një model numerik përdoret për të vlerësuar kursimin e energjisë dhe performancën mjedisore të shkëmbyesve të nxehtësisë me nanofluide të ndryshme hibride me tre pjesë (THNF) (Al2O3 + grafen + MWCNT) të pezulluara në DW30.Për shkak të kritereve të tij të vlerësimit të performancës (PEC) në intervalin 1,42-2,35, kërkohet një kombinim i futjes së turbulizatorit të përdredhur të depresuar (DTTI) dhe (Al2O3 + Grafen + MWCNT).
Deri më tani, pak vëmendje i është kushtuar rolit të funksionalizimit kovalent dhe jokovalent në rrjedhën hidrodinamike në lëngjet termike.Qëllimi specifik i këtij studimi ishte të krahasonte karakteristikat termo-hidraulike të nanofluideve (ZNP-SDBS@DV) dhe (ZNP-COOH@DV) në futjet e shiritit të përdredhur me kënde spirale prej 45° dhe 90°.Vetitë termofizike janë matur në Tin = 308 K. Në këtë rast, në procesin e krahasimit janë marrë parasysh tre fraksione masive, si (0.025 wt.%, 0.05 wt.% dhe 0.1 wt.%).Transferimi i stresit prerës në modelin e rrjedhës turbulente 3D (SST k-ω) përdoret për të zgjidhur karakteristikat termo-hidraulike.Kështu, ky studim jep një kontribut të rëndësishëm në studimin e vetive pozitive (transferimi i nxehtësisë) dhe vetive negative (rënia e presionit në fërkim), duke demonstruar karakteristikat termo-hidraulike dhe optimizimin e lëngjeve reale të punës në sisteme të tilla inxhinierike.
Konfigurimi bazë është një tub i lëmuar (L = 900 mm dhe Dh = 20 mm).Dimensionet e shiritit të përdredhur të futur (gjatësia = 20 mm, trashësia = 0,5 mm, profili = 30 mm).Në këtë rast, gjatësia, gjerësia dhe goditja e profilit spirale ishin përkatësisht 20 mm, 0.5 mm dhe 30 mm.Shiritat e përdredhur janë të prirur në 45° dhe 90°.Lëngje të ndryshme pune si DW, nanofluide jo kovalente (GNF-SDBS@DW) dhe nanofluide kovalente (GNF-COOH@DW) në Tin = 308 K, tre përqendrime të ndryshme në masë dhe numra të ndryshëm Reynolds.Testet u kryen brenda shkëmbyesit të nxehtësisë.Muri i jashtëm i tubit spirale u ngroh në një temperaturë konstante të sipërfaqes prej 330 K për të testuar parametrat për përmirësimin e transferimit të nxehtësisë.
Në fig.1 tregon në mënyrë skematike një tub futjeje me shirit të përdredhur me kushtet kufitare të zbatueshme dhe zonën e rrjetës.Siç u përmend më herët, kushtet kufitare të shpejtësisë dhe presionit zbatohen në pjesët hyrëse dhe dalëse të spirales.Në një temperaturë konstante të sipërfaqes, në murin e tubit vendoset një gjendje jo rrëshqitëse.Simulimi numerik aktual përdor një zgjidhje të bazuar në presion.Në të njëjtën kohë, një program (ANSYS FLUENT 2020R1) përdoret për të kthyer një ekuacion diferencial të pjesshëm (PDE) në një sistem ekuacionesh algjebrike duke përdorur metodën e vëllimit të fundëm (FMM).Metoda SIMPLE e rendit të dytë (metoda gjysmë e nënkuptuar për ekuacionet sekuenciale të varura nga presioni) lidhet me presionin shpejtësi.Duhet theksuar se konvergjenca e mbetjeve për ekuacionet e masës, momentit dhe energjisë është më e vogël se përkatësisht 103 dhe 106.
p Diagrami i fushave fizike dhe llogaritëse: (a) këndi i spirales 90°, (b) këndi i spirales 45°, (c) pa teh spirale.
Një model homogjen përdoret për të shpjeguar vetitë e nanofluideve.Duke inkorporuar nanomateriale në lëngun bazë (DW), formohet një lëng i vazhdueshëm me veti të shkëlqyera termike.Në këtë drejtim, temperatura dhe shpejtësia e lëngut bazë dhe e nanomaterialit kanë të njëjtën vlerë.Për shkak të teorive dhe supozimeve të mësipërme, në këtë studim funksionon fluksi njëfazor efikas.Disa studime kanë demonstruar efektivitetin dhe zbatueshmërinë e teknikave njëfazore për rrjedhën nanofluidike31,32.
Rrjedha e nanofluideve duhet të jetë e turbullt Njutoniane, e pakompresueshme dhe e palëvizshme.Puna me ngjeshje dhe ngrohja viskoze janë të parëndësishme në këtë studim.Përveç kësaj, trashësia e mureve të brendshme dhe të jashtme të tubit nuk merret parasysh.Prandaj, ekuacionet e masës, momentit dhe ruajtjes së energjisë që përcaktojnë modelin termik mund të shprehen si më poshtë:
ku \(\mbi shigjetën e djathtë{V}\) është vektori i shpejtësisë mesatare, Keff = K + Kt është përçueshmëria termike efektive e nanofluideve kovalente dhe jokovalente, dhe ε është shkalla e shpërndarjes së energjisë.Vetitë termofizike efektive të nanofluideve, duke përfshirë densitetin (ρ), viskozitetin (μ), kapacitetin specifik të nxehtësisë (Cp) dhe përçueshmërinë termike (k), të paraqitura në tabelë, u matën gjatë një studimi eksperimental në një temperaturë prej 308 K1 kur u përdor. në këta simulatorë.
Simulimet numerike të rrjedhës së turbullt të nanofluidit në tubat konvencionale dhe TT u kryen në numrat Reynolds 7000 ≤ Re ≤ 17000. Këto simulime dhe koeficientët e transferimit të nxehtësisë konvektive u analizuan duke përdorur modelin κ-ω turbulence të Mentorit të transferimit të stresit mesatar të prerjes mbi bulencesold (SST) modeli Navier-Stokes, i përdorur zakonisht në kërkimet aerodinamike.Përveç kësaj, modeli funksionon pa funksion të murit dhe është i saktë pranë mureve 35,36.(SST) κ-ω ekuacionet qeverisëse të modelit të turbulencës janë si më poshtë:
ku \(S\) është vlera e shkallës së sforcimit, dhe \(y\) është distanca në sipërfaqen ngjitur.Ndërkohë, \({\alpha}_{1}\), \({\alpha}_{2}\), \({\beta}_{1}\), \({\beta}_{ 2 }\), \({\beta}^{*}\), \({\sigma}_{{k}_{1}}\), \({\sigma}_{{k}_{ 2 }}\), \({\sigma}_{{\omega}_{1}}\) dhe \({\sigma}_{{\omega}_{2}}\) tregojnë të gjitha konstantet e modelit.F1 dhe F2 janë funksione të përziera.Shënim: F1 = 1 në shtresën kufitare, 0 në rrjedhën e ardhshme.
Parametrat e vlerësimit të performancës përdoren për të studiuar transferimin konvektiv të nxehtësisë turbulente, rrjedhjen e nanofluidit kovalent dhe jokovalent, për shembull31:
Në këtë kontekst, (\(\rho\)), (\(v\)), (\({D}_{h}\)) dhe (\(\mu\)) përdoren për densitetin, shpejtësinë e lëngut , diametri hidraulik dhe viskoziteti dinamik.({C}_{p}\, \mathrm{u}\, k\)) - kapaciteti specifik i nxehtësisë dhe përçueshmëria termike e lëngut që rrjedh.Gjithashtu, (\(\dot{m}\)) i referohet rrjedhës së masës dhe (\({T}_{jashtë}-{T}_{në}\)) i referohet ndryshimit të temperaturës në hyrje dhe në dalje.(NFs) i referohet nanofluideve kovalente, jokovalente dhe (DW) i referohet ujit të distiluar (lëngu bazë).\({A}_{s} = \pi DL\), \({\overline{T}}_{f}=\frac{\left({T}_{jashtë}-{T}_{në }\djathtas)}{2}\) dhe \({\overline{T}}_{w}=\sum \frac{{T}_{w}}{n}\).
Vetitë termofizike të lëngut bazë (DW), nanofluidit jokovalent (GNF-SDBS@DW) dhe nanofluidit kovalent (GNF-COOH@DW) janë marrë nga literatura e botuar (studime eksperimentale), Sn = 308 K, si treguar në tabelën 134. Në një eksperiment tipik për të marrë një nanofluid jokovalent (GNP-SDBS@DW) me përqindje të njohur të masës, gram të caktuara të GNP-ve parësore u peshuan fillimisht në një bilanc dixhital.Raporti i peshës së SDBS/GNP vendase është (0.5:1) i ponderuar në DW.Në këtë rast, nanofluidet kovalente (COOH-GNP@DW) u sintetizuan duke shtuar grupe karboksil në sipërfaqen e GNP duke përdorur një mjedis fort acid me një raport vëllimi (1:3) të HNO3 dhe H2SO4.Nanofluidet kovalente dhe jokovalente u pezulluan në DW me tre përqindje të ndryshme peshe si 0.025 wt%, 0.05 wt%.dhe 0.1% të masës.
Testet e pavarësisë së rrjetës u kryen në katër fusha të ndryshme llogaritëse për të siguruar që madhësia e rrjetës nuk ndikon në simulimin.Në rastin e tubit me rrotullim 45°, numri i njësive me madhësi njësi 1,75 mm është 249,033, numri i njësive me madhësi njësi 2 mm është 307,969, numri i njësive me madhësi njësi 2,25 mm është 421,406 dhe numri i njësive me madhësi njësi 2 .5 mm 564 940 përkatësisht.Përveç kësaj, në shembullin e një tubi të përdredhur 90°, numri i elementeve me madhësi elementi 1,75 mm është 245,531, numri i elementeve me madhësi elementi 2 mm është 311,584, numri i elementeve me madhësi elementi 2,25 mm është 422,708, dhe numri i elementeve me madhësi elementi 2,5 mm është përkatësisht 573,826.Saktësia e leximeve të vetive termike si (Tout, htc dhe Nuavg) rritet me zvogëlimin e numrit të elementeve.Në të njëjtën kohë, saktësia e vlerave të koeficientit të fërkimit dhe rënies së presionit tregoi një sjellje krejtësisht të ndryshme (Fig. 2).Rrjeti (2) është përdorur si zona kryesore e rrjetit për të vlerësuar karakteristikat termo-hidraulike në rastin e simuluar.
Testimi i performancës së transferimit të nxehtësisë dhe rënies së presionit pavarësisht nga rrjeta duke përdorur çifte tubash DW të përdredhur në 45° dhe 90°.
Rezultatet numerike aktuale janë vërtetuar për performancën e transferimit të nxehtësisë dhe koeficientin e fërkimit duke përdorur korrelacione dhe ekuacione të njohura empirike si Dittus-Belter, Petukhov, Gnelinsky, Notter-Rouse dhe Blasius.Krahasimi u krye në kushtin 7000≤Re≤17000.Sipas fig.3, gabimet mesatare dhe maksimale ndërmjet rezultateve të simulimit dhe ekuacionit të transferimit të nxehtësisë janë 4.050 dhe 5.490% (Dittus-Belter), 9.736 dhe 11.33% (Petukhov), 4.007 dhe 7.483% (Gnelinsky) dhe 3.883% (4% dhe Nott-Belter).Trëndafili).Në këtë rast, gabimet mesatare dhe maksimale midis rezultateve të simulimit dhe ekuacionit të koeficientit të fërkimit janë përkatësisht 7,346% dhe 8,039% (Blasius) dhe 8,117% dhe 9,002% (Petukhov).
Transferimi i nxehtësisë dhe vetitë hidrodinamike të DW në numra të ndryshëm Reynolds duke përdorur llogaritjet numerike dhe korrelacionet empirike.
Ky seksion diskuton vetitë termike të nanofluideve ujore jokovalente (LNP-SDBS) dhe kovalente (LNP-COOH) në tre fraksione të ndryshme masive dhe numrat e Reynolds si mesatare në lidhje me lëngun bazë (DW).Dy gjeometri të këmbyesve të nxehtësisë së rripit të mbështjellë (këndi i spirales 45° dhe 90°) diskutohen për 7000 ≤ Re ≤ 17000. Në fig.4 tregon temperaturën mesatare në daljen e nanofluidit në lëngun bazë (DW) (\(\frac{{{T}_{out}}_{NFs}}{{{T}_{out}}_{ DW } } \) ) në (0,025% peshë, 0,05% peshë dhe 0,1% peshë).(\(\frac{{{T}_{out}}_{NFs}}{{{T}_{out}}_{DW}}\)) është gjithmonë më pak se 1, që do të thotë se temperatura e daljes është jokovalente (VNP-SDBS) dhe nanofluidet kovalente (VNP-COOH) janë nën temperaturën në daljen e lëngut bazë.Reduktimet më të ulëta dhe më të larta ishin përkatësisht 0,1 wt%-COOH@GNP dhe 0,1 wt%-SDBS@GNP.Ky fenomen është për shkak të rritjes së numrit të Reynolds në një pjesë të masës konstante, e cila çon në një ndryshim në vetitë e nanofluidit (d.m.th., densiteti dhe viskoziteti dinamik).
Figura 5 dhe 6 tregojnë karakteristikat mesatare të transferimit të nxehtësisë të nanofluidit në lëngun bazë (DW) në (0.025 wt.%, 0.05 wt.% dhe 0.1 wt.%).Vetitë mesatare të transferimit të nxehtësisë janë gjithmonë më të mëdha se 1, që do të thotë se vetitë e transferimit të nxehtësisë të nanofluideve jokovalente (LNP-SDBS) dhe kovalente (LNP-COOH) janë përmirësuar në krahasim me lëngun bazë.0,1 wt%-COOH@GNP dhe 0,1 wt%-SDBS@GNP arritën respektivisht fitimin më të ulët dhe më të lartë.Kur numri i Reynolds rritet për shkak të përzierjes më të madhe të lëngjeve dhe turbulencës në tubin 1, performanca e transferimit të nxehtësisë përmirësohet.Lëngjet përmes boshllëqeve të vogla arrijnë shpejtësi më të larta, duke rezultuar në një shtresë kufitare shpejtësie/nxehtësie më të hollë, e cila rrit shpejtësinë e transferimit të nxehtësisë.Shtimi i më shumë nanogrimcave në lëngun bazë mund të ketë rezultate pozitive dhe negative.Efektet e dobishme përfshijnë rritje të përplasjeve të nanogrimcave, kërkesa të favorshme për përcjellshmëri termike të lëngjeve dhe rritje të transferimit të nxehtësisë.
Koeficienti i transferimit të nxehtësisë së nanofluidit në lëngun bazë në varësi të numrit të Reynolds për tubat 45° dhe 90°.
Në të njëjtën kohë, një efekt negativ është një rritje në viskozitetin dinamik të nanofluidit, i cili zvogëlon lëvizshmërinë e nanofluidit, duke zvogëluar kështu numrin mesatar të Nusselt (Nuavg).Rritja e përçueshmërisë termike të nanofluideve (ZNP-SDBS@DW) dhe (ZNP-COOH@DW) duhet të jetë për shkak të lëvizjes Brownian dhe mikrokonvekcionit të nanogrimcave të grafenit të pezulluara në DW37.Përçueshmëria termike e nanofluidit (ZNP-COOH@DV) është më e lartë se ajo e nanofluidit (ZNP-SDBS@DV) dhe ujit të distiluar.Shtimi i më shumë nanomaterialeve në lëngun bazë rrit përçueshmërinë e tyre termike (Tabela 1)38.
Figura 7 ilustron koeficientin mesatar të fërkimit të nanofluideve me lëngun bazë (DW) (f(NFs)/f(DW)) në përqindje në masë (0.025%, 0.05% dhe 0.1%).Koeficienti mesatar i fërkimit është gjithmonë ≈1, që do të thotë se nanofluidet jokovalente (GNF-SDBS@DW) dhe kovalente (GNF-COOH@DW) kanë të njëjtin koeficient fërkimi si lëngu bazë.Një shkëmbyes nxehtësie me më pak hapësirë krijon më shumë pengesa të rrjedhës dhe rrit fërkimin e rrjedhës1.Në thelb, koeficienti i fërkimit rritet pak me rritjen e fraksionit masiv të nanofluidit.Humbjet më të larta të fërkimit shkaktohen nga rritja e viskozitetit dinamik të nanofluidit dhe rritja e stresit prerës në sipërfaqe me një përqindje më të lartë në masë të nanografenit në lëngun bazë.Tabela (1) tregon se viskoziteti dinamik i nanofluidit (ZNP-SDBS@DV) është më i lartë se ai i nanofluidit (ZNP-COOH@DV) në të njëjtën përqindje peshe, i cili shoqërohet me shtimin e efekteve sipërfaqësore.agjentë aktivë në një nanofluid jokovalent.
Në fig.8 tregon nanofluid krahasuar me lëngun bazë (DW) (\(\frac{{\Delta P}_{NFs}}{{\Delta P}_{DW}}\)) në (0.025%, 0.05% dhe 0.1% ).Nanofluidi jo kovalent (GNPs-SDBS@DW) tregoi një humbje mesatare më të lartë të presionit dhe me një rritje në përqindjen e masës në 2,04% për 0,025% peshë, 2,46% për 0,05% peshë.dhe 3.44% për 0.1% wt.me zmadhimin e kasës (këndi i spirales 45° dhe 90°).Ndërkohë, nanofluidi (GNPs-COOH@DW) tregoi një humbje mesatare më të ulët të presionit, duke u rritur nga 1.31% në 0.025% wt.deri në 1.65% në 0.05% wt.Humbja mesatare e presionit prej 0.05 wt.%-COOH@NP dhe 0.1 wt.%-COOH@NP është 1.65%.Siç shihet, rënia e presionit rritet me rritjen e numrit Re në të gjitha rastet.Një rënie e rritur e presionit në vlera të larta Re tregohet nga një varësi e drejtpërdrejtë nga rrjedha e vëllimit.Prandaj, një numër më i lartë Re në tub çon në një rënie më të lartë të presionit, gjë që kërkon një rritje të fuqisë së pompës39,40.Përveç kësaj, humbjet e presionit janë më të larta për shkak të intensitetit më të lartë të vorbullave dhe turbulencave të krijuara nga sipërfaqja më e madhe, gjë që rrit ndërveprimin e forcave të presionit dhe inercisë në shtresën kufitare1.
Në përgjithësi, kriteret e vlerësimit të performancës (PEC) për nanofluidet jokovalente (VNP-SDBS@DW) dhe kovalente (VNP-COOH@DW) janë paraqitur në Fig.9. Nanofluidi (ZNP-SDBS@DV) tregoi vlera PEC më të larta se (ZNP-COOH@DV) në të dyja rastet (këndi i spirales 45° dhe 90°) dhe u përmirësua duke rritur fraksionin e masës, për shembull, 0,025 wt.%.është 1.17, 0.05 wt.% është 1.19 dhe 0.1 wt.% është 1.26.Ndërkohë, vlerat PEC duke përdorur nanofluide (GNPs-COOH@DW) ishin 1.02 për 0.025 wt%, 1.05 për 0.05 wt%, 1.05 për 0.1 wt%.në të dyja rastet (këndi i spirales 45° dhe 90°).1.02.Si rregull, me një rritje të numrit Reynolds, efikasiteti termo-hidraulik zvogëlohet ndjeshëm.Me rritjen e numrit të Reynolds, ulja e koeficientit të efikasitetit termo-hidraulik shoqërohet sistematikisht me një rritje në (NuNFs/NuDW) dhe një rënie në (fNFs/fDW).
Vetitë hidrotermale të nanofluideve në lidhje me lëngjet bazë në varësi të numrave të Reynolds për tubat me kënde 45° dhe 90°.
Ky seksion diskuton vetitë termike të nanofluideve të ujit (DW), jokovalente (VNP-SDBS@DW) dhe kovalente (VNP-COOH@DW) në tre përqendrime të ndryshme në masë dhe numra Reynolds.Dy gjeometri të shkëmbyesve të nxehtësisë me rripa me mbështjellje u konsideruan në rangun 7000 ≤ Re ≤ 17000 në lidhje me gypat konvencionalë (këndet e spirales 45° dhe 90°) për të vlerësuar performancën mesatare termo-hidraulike.Në fig.10 tregon temperaturën e ujit dhe nanofluideve në dalje si një mesatare duke përdorur (këndi spirale 45° dhe 90°) për një tub të përbashkët (\(\frac{{{T}_{out}}_{Twisted}}{{ {T} _{jashtë}}_{I rregullt}}\)).Nanofluidet jokovalente (GNP-SDBS@DW) dhe kovalente (GNP-COOH@DW) kanë tre fraksione me peshë të ndryshme si 0.025 wt%, 0.05 wt% dhe 0.1 wt%.Siç tregohet në fig.11, vlera mesatare e temperaturës së daljes (\(\frac{{{T}_{out}}_{Twisted}}{{{T}_{jashtë}}_{I thjeshtë}}\)) > 1, që tregon se (këndi spirale 45° dhe 90°) temperatura në dalje të shkëmbyesit të nxehtësisë është më domethënëse se ajo e një tubi konvencional, për shkak të intensitetit më të madh të turbulencës dhe përzierjes më të mirë të lëngut.Përveç kësaj, temperatura në daljen e DW, nanofluideve jokovalente dhe kovalente u ul me rritjen e numrit të Reynolds.Lëngu bazë (DW) ka temperaturën mesatare më të lartë të daljes.Ndërkohë, vlera më e ulët i referohet 0,1 wt%-SDBS@GNP.Nanofluidet jo kovalente (GNPs-SDBS@DW) treguan një temperaturë mesatare më të ulët të daljes në krahasim me nanofluidet kovalente (GNPs-COOH@DW).Meqenëse shiriti i përdredhur e bën fushën e rrjedhës më të përzier, fluksi i nxehtësisë pranë murit mund të kalojë më lehtë përmes lëngut, duke rritur temperaturën e përgjithshme.Një raport më i ulët i rrotullimit ndaj shiritit rezulton në depërtim më të mirë dhe rrjedhimisht një transferim më të mirë të nxehtësisë.Nga ana tjetër, mund të shihet se shiriti i mbështjellë mban një temperaturë më të ulët kundër murit, e cila nga ana tjetër rrit Nuavg.Për futjet e shiritit të përdredhur, një vlerë më e lartë Nuavg tregon transferim të përmirësuar të nxehtësisë konvektive brenda tubit22.Për shkak të rritjes së rrugës së rrjedhës dhe përzierjes dhe turbulencës shtesë, koha e qëndrimit rritet, duke rezultuar në një rritje të temperaturës së lëngut në dalje41.
Numrat Reynolds të nanofluideve të ndryshme në lidhje me temperaturën e daljes së tubave konvencionale (këndet spirale 45° dhe 90°).
Koeficientët e transferimit të nxehtësisë (këndi spirale 45° dhe 90°) kundrejt numrave të Reynolds për nanofluide të ndryshme në krahasim me tubat konvencionalë.
Mekanizmi kryesor i transferimit të nxehtësisë me shirit të mbështjellë të zgjeruar është si vijon: 1. Zvogëlimi i diametrit hidraulik të tubit të shkëmbimit të nxehtësisë çon në një rritje të shpejtësisë së rrjedhës dhe lakimit, e cila nga ana tjetër rrit stresin e prerjes në mur dhe nxit lëvizjen dytësore.2. Për shkak të bllokimit të shiritit të mbështjelljes, shpejtësia në murin e tubit rritet dhe trashësia e shtresës kufitare zvogëlohet.3. Rrjedha spirale pas rripit të përdredhur çon në një rritje të shpejtësisë.4. Vorbullat e induktuara përmirësojnë përzierjen e lëngjeve ndërmjet rajoneve qendrore dhe afër murit të rrjedhës42.Në fig.11 dhe fig.12 tregon vetitë e transferimit të nxehtësisë së DW dhe nanofluideve, për shembull (koeficienti i transferimit të nxehtësisë dhe numri mesatar Nusselt) si mesatare duke përdorur tuba futjeje me shirit të përdredhur në krahasim me tubat konvencionalë.Nanofluidet jokovalente (GNP-SDBS@DW) dhe kovalente (GNP-COOH@DW) kanë tre fraksione me peshë të ndryshme si 0.025 wt%, 0.05 wt% dhe 0.1 wt%.Në të dy shkëmbyesit e nxehtësisë (këndi spirale 45° dhe 90°) performanca mesatare e transferimit të nxehtësisë është >1, duke treguar një përmirësim në koeficientin e transferimit të nxehtësisë dhe në numrin mesatar Nusselt me tuba të mbështjellë në krahasim me tubat konvencionalë.Nanofluidet jo kovalente (GNPs-SDBS@DW) treguan përmirësim mesatar më të lartë të transferimit të nxehtësisë sesa nanofluidet kovalente (GNPs-COOH@DW).Në Re = 900, përmirësimi 0,1 wt% në performancën e transferimit të nxehtësisë -SDBS@GNP për dy shkëmbyesit e nxehtësisë (këndi spirale 45° dhe 90°) ishte më i larti me një vlerë prej 1,90.Kjo do të thotë se efekti uniform TP është më i rëndësishëm në shpejtësi më të ulëta të lëngjeve (numri Reynolds)43 dhe në rritjen e intensitetit të turbulencës.Për shkak të futjes së vorbullave të shumta, koeficienti i transferimit të nxehtësisë dhe numri mesatar Nusselt i tubave TT janë më të larta se tubat konvencionale, duke rezultuar në një shtresë kufitare më të hollë.A e rrit prania e HP intensitetin e turbulencës, përzierjen e rrjedhave të lëngut të punës dhe transferimin e nxehtësisë në krahasim me gypat bazë (pa futur një shirit të përdredhur-përdredhur)21.
Numri mesatar Nusselt (këndi i spirales 45° dhe 90°) kundrejt numrit të Reynolds për nanofluide të ndryshme në krahasim me tubat konvencionale.
Figura 13 dhe 14 tregojnë koeficientin mesatar të fërkimit (\(\frac{{f}_{Twisted}}{{f}_{I thjeshtë}}\)) dhe humbjen e presionit (\(\frac{{\Delta P} _ {Twisted}}{{\Delta P}_{I thjeshtë}}\}} rreth 45° dhe 90° për tubacionet konvencionale që përdorin nanofluidet DW, (GNPs-SDBS@DW) dhe (GNPs-COOH@DW) shkëmbyesit jonik përmban ( 0,025 wt %, 0,05 wt % dhe 0,1 wt %). { {f}_{ Plain} }\)) dhe humbje presioni (\(\frac{{ \Delta P}_{Twisted}}{{\Delta P }_{I thjeshtë}}\}) zvogëlohet. raste, koeficienti i fërkimit dhe humbja e presionit janë më të larta në numrat më të ulët të Reynolds. këndi dhe 90°) këmbyesi i nxehtësisë kushton tre herë më i lartë se tubat konvencionale.Përveç kësaj, kur lëngu i punës rrjedh me një shpejtësi më të madhe, koeficienti i fërkimit zvogëlohet. Problemi lind sepse me rritjen e numrit të Reynolds, trashësia e shtresës kufitare zvogëlohet, gjë që çon në një ulje të efektit të viskozitetit dinamik në zonën e prekur, një ulje të gradientëve të shpejtësisë dhe sforcimeve prerëse dhe, për pasojë, ulje të koeficientit të fërkimit21.Efekti i përmirësuar i bllokimit për shkak të pranisë së TT dhe rrotullimit të shtuar rezulton në humbje dukshëm më të larta të presionit për tubat heterogjenë TT sesa për tubat bazë.Përveç kësaj, si për tubin bazë ashtu edhe për tubin TT, shihet se rënia e presionit rritet me shpejtësinë e lëngut punues43.
Koeficienti i fërkimit (këndi spirale 45° dhe 90°) kundrejt numrit Reynolds për nanofluide të ndryshme në krahasim me tubat konvencionalë.
Humbja e presionit (këndi spirale 45° dhe 90°) si funksion i numrit Reynolds për nanofluide të ndryshme në krahasim me një tub konvencional.
Në përmbledhje, Figura 15 tregon kriteret e vlerësimit të performancës (PEC) për shkëmbyesit e nxehtësisë me kënde 45° dhe 90° në krahasim me tubat e thjeshtë (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{I thjeshtë}} \ ) ) në (0.025 wt.%, 0.05 wt.% dhe 0.1 wt.%) duke përdorur nanofluide DV, (VNP-SDBS@DV) dhe kovalente (VNP-COOH@DV).Vlera (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{I thjeshtë}}\)) > 1 në të dyja rastet (këndi spirale 45° dhe 90°) në shkëmbyesin e nxehtësisë.Përveç kësaj, (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) arrin vlerën e tij më të mirë në Re = 11,000.Shkëmbyesi i nxehtësisë 90° tregon një rritje të lehtë në (\ (\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{I thjeshtë}}\)) krahasuar me një shkëmbyes nxehtësie 45°., Në Re = 11,000 0,1 wt%-GNPs@SDBS përfaqëson vlera më të larta (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{I thjeshtë}}\)), p.sh. 1,25 për këndin e shkëmbyesit të nxehtësisë 45° dhe 1.27 për shkëmbyesin këndor të nxehtësisë 90°.Është më i madh se një në të gjitha përqindjet e fraksionit të masës, gjë që tregon se tubat me futje shiriti të përdredhur janë më të lartë se tubat e zakonshëm.Veçanërisht, transferimi i përmirësuar i nxehtësisë i siguruar nga futjet e shiritit rezultoi në një rritje të konsiderueshme të humbjeve të fërkimit22.
Kriteret e efikasitetit për numrin Reynolds të nanofluideve të ndryshme në lidhje me tubat konvencionale (këndi spirale 45° dhe 90°).
Shtojca A tregon linjat rrjedhëse për shkëmbyesit e nxehtësisë 45° dhe 90° në Re = 7000 duke përdorur DW, 0,1 wt%-GNP-SDBS@DW dhe 0,1 wt%-GNP-COOH@DW.Linjat rrjedhëse në rrafshin tërthor janë tipari më i mrekullueshëm i efektit të futjeve të shiritit të përdredhur në rrjedhën kryesore.Përdorimi i shkëmbyesve të nxehtësisë 45° dhe 90° tregon se shpejtësia në zonën afër murit është afërsisht e njëjtë.Ndërkohë, Shtojca B tregon konturet e shpejtësisë për shkëmbyesit e nxehtësisë 45° dhe 90° në Re = 7000 duke përdorur DW, 0,1 wt%-GNP-SDBS@DW dhe 0,1 wt%-GNP-COOH@DW.Sythet e shpejtësisë janë në tre vende të ndryshme (feta), për shembull, Plain-1 (P1 = -30 mm), Plain-4 (P4 = 60 mm) dhe Plain-7 (P7 = 150 mm).Shpejtësia e rrjedhës pranë murit të tubit është më e ulëta dhe shpejtësia e lëngut rritet drejt qendrës së tubit.Përveç kësaj, kur kaloni nëpër kanalin e ajrit, zona e shpejtësive të ulëta pranë murit rritet.Kjo është për shkak të rritjes së shtresës kufitare hidrodinamike, e cila rrit trashësinë e rajonit me shpejtësi të ulët pranë murit.Përveç kësaj, rritja e numrit të Reynolds rrit nivelin e përgjithshëm të shpejtësisë në të gjitha seksionet kryq, duke reduktuar kështu trashësinë e rajonit me shpejtësi të ulët në kanal39.
Nanofletët e grafenit të funksionalizuar në mënyrë kovalente dhe jokovalente u vlerësuan në futje shiriti të përdredhur me kënde spirale prej 45° dhe 90°.Shkëmbyesi i nxehtësisë zgjidhet numerikisht duke përdorur modelin e turbulencës SST k-omega në 7000 ≤ Re ≤ 17000. Vetitë termofizike llogariten në Tin = 308 K. Ngrohni njëkohësisht murin e tubit të përdredhur në një temperaturë konstante prej 330 K. COOH@DV) u hollua në tre sasi masive, për shembull (0.025 wt.%, 0.05 wt.% dhe 0.1 wt.%).Studimi aktual mori në konsideratë gjashtë faktorë kryesorë: temperaturën e daljes, koeficientin e transferimit të nxehtësisë, numrin mesatar të Nusselt, koeficientin e fërkimit, humbjen e presionit dhe kriteret e vlerësimit të performancës.Këtu janë gjetjet kryesore:
Temperatura mesatare e daljes (\({{T}_{out}}_{Nanofluids}\)/\({{T}_{out}}_{Basefluid}\)) është gjithmonë më e vogël se 1, që do të thotë se i pa përhapur Temperatura e daljes së nanofluideve valente (ZNP-SDBS@DV) dhe kovalente (ZNP-COOH@DV) është më e ulët se ajo e lëngut bazë.Ndërkohë, temperatura mesatare e daljes (\({T}_{out}}_{Twisted}\)/\({{T}_{out}}_{I thjeshtë}\)) vlera > 1, që tregon fakti që (këndi spirale 45° dhe 90°) temperatura e daljes është më e lartë se sa me tubat e zakonshëm.
Në të dyja rastet, vlerat mesatare të vetive të transferimit të nxehtësisë (nanofluid/lëng bazë) dhe (tub i përdredhur/tub normal) tregojnë gjithmonë >1.Nanofluidet jo kovalente (GNPs-SDBS@DW) treguan një rritje mesatare më të lartë në transferimin e nxehtësisë, që korrespondon me nanofluidet kovalente (GNPs-COOH@DW).
Koeficienti mesatar i fërkimit (\({f}_{Nanofluids}/{f}_{Basefluid}\)) i nanofluideve jokovalente (VNP-SDBS@DW) dhe kovalente (VNP-COOH@DW) është gjithmonë ≈1 .fërkimi i nanofluideve jokovalente (ZNP-SDBS@DV) dhe kovalente (ZNP-COOH@DV) (\({f}_{Twisted}/{f}_{I thjeshtë}\)) për gjithmonë > 3.
Në të dyja rastet (këndi spirale 45° dhe 90°), nanofluidet (GNPs-SDBS@DW) treguan më të larta (\({\Delta P}_{Nanofluids}/{\Delta P}_{Basefluid}\)) 0,025 wt .% për 2.04%, 0.05 wt.% për 2.46% dhe 0.1 wt.% për 3.44%.Ndërkohë, nanofluidet (GNPs-COOH@DW) treguan më të ulëta (\({\Delta P}_{Nanofluids}/{\Delta P}_{Basefluid}\)) nga 1.31% për 0.025 wt.% në 1.65% është 0.05 % ndaj peshës.Për më tepër, humbja mesatare e presionit (\({\Delta P}_{Twisted}/{\Delta P}_{Plain}\) e jokovalente (GNPs-SDBS@DW) dhe kovalente (GNPs-COOH@DW ))) nanofluide gjithmonë >3.
Në të dyja rastet (këndet spirale 45° dhe 90°), nanofluidet (GNPs-SDBS@DW) treguan një vlerë më të lartë (\({PEC}_{Nanofluids}/{PEC} _{Basefluid}\)) @DW) , p.sh. 0.025 wt.% – 1.17, 0.05 wt.% – 1.19, 0.1 wt.% – 1.26.Në këtë rast, vlerat e (\({PEC}_{Nanofluids}/{PEC}_{Basefluid}\)) duke përdorur nanofluidet (GNPs-COOH@DW) janë 1.02 për 0.025 wt.%, 1.05 për 0 , 05 wt.% dhe 1.02 është 0.1% ndaj peshës.Përveç kësaj, në Re = 11,000, 0,1 wt%-GNPs@SDBS tregoi vlera më të larta (\({PEC}_{Twisted}/{PEC}_{I thjeshtë}\)), si p.sh. 1,25 për kënd spirale 45° dhe këndi spirale 90° 1.27.
Thianpong, C. et al.Optimizimi me shumë qëllime i rrjedhës së nanofluidit të dioksidit të titanit/ujit në shkëmbyesin e nxehtësisë, i përmirësuar nga futjet e shiritit të përdredhur me krahë delta.e brendshme J. Hot.shkenca.172, 107318 (2022).
Langerudi, HG dhe Jawaerde, C. Studim eksperimental i rrjedhjes së lëngut jonjutonian në shakull të futur me shirita të përdredhur tipike dhe në formë V.Transferimi i nxehtësisë dhe masës 55, 937–951 (2019).
Dong, X. et al.Studim eksperimental i karakteristikave të transferimit të nxehtësisë dhe rezistencës së rrjedhës së një shkëmbyesi të nxehtësisë tubular të përdredhur në spirale [J].Temperatura e aplikimit.projekti.176, 115397 (2020).
Yongsiri, K., Eiamsa-Ard, P., Wongcharee, K. & Eiamsa-Ard, SJCS Përmirësimi i transferimit të nxehtësisë në rrjedhën e kanalit turbulent me pendë ndarëse të zhdrejtë.hulumtimi aktual.temperatura.projekti.3, 1–10 (2014).
Koha e postimit: Mar-17-2023