Köszönjük, hogy meglátogatta a Nature.com oldalt.Olyan böngészőverziót használ, amely korlátozott CSS-támogatással rendelkezik.A legjobb élmény érdekében javasoljuk, hogy használjon frissített böngészőt (vagy tiltsa le a kompatibilitási módot az Internet Explorerben).Ezenkívül a folyamatos támogatás érdekében stílusok és JavaScript nélkül jelenítjük meg az oldalt.
Diánként három cikket mutató csúszkák.Használja a vissza és a következő gombokat a diák közötti mozgáshoz, vagy a végén lévő diavezérlő gombokat az egyes diák közötti mozgáshoz.
304 10*1mm Rozsdamentes acél tekercses cső Kínában
Méret: 3/4 hüvelyk, 1/2 hüvelyk, 1 hüvelyk, 3 hüvelyk, 2 hüvelyk
Az egység csőhossza: 6 méter
Acélminőség: 201, 304 és 316
Besorolás: 201, 202, 304, 316, 304L, 316 L,
Anyaga: ROZSDAMENTES ACÉL
Állapot: Új
Rozsdamentes acél cső tekercs
Méret: 3/4 hüvelyk, 1/2 hüvelyk, 1 hüvelyk, 3 hüvelyk, 2 hüvelyk
Az egység csőhossza: 6 méter
Acélminőség: 201, 304 és 316
Besorolás: 201, 202, 304, 316, 304L, 316 L,
Anyaga: ROZSDAMENTES ACÉL
Állapot: Új
A kovalens és nem kovalens nanofluidokat 45°-os és 90°-os csavart szalagbetétekkel felszerelt kerek csövekben tesztelték.A Reynolds-szám 7000 ≤ Re ≤ 17000 volt, a termofizikai tulajdonságokat 308 K-en értékeltük. A fizikai modellt numerikusan oldjuk meg egy kétparaméteres turbulens viszkozitási modell segítségével (SST k-omega turbulencia).A munka során figyelembe vettük a ZNP-SDBS@DV és ZNP-COOH@DV nanofluidok koncentrációit (0,025 tömeg%, 0,05 tömeg% és 0,1 tömeg%).A csavart csövek falait állandó, 330 K hőmérsékletre melegítik. A jelen vizsgálatban hat paramétert vettek figyelembe: kilépő hőmérsékletet, hőátbocsátási tényezőt, átlagos Nusselt-számot, súrlódási tényezőt, nyomásveszteséget és teljesítményértékelési kritériumokat.Mindkét esetben (45° és 90° hélixszög) a ZNP-SDBS@DV nanofluid magasabb termikus-hidraulikus jellemzőket mutatott, mint a ZNP-COOH@DV, és a tömeghányad növekedésével nőtt, például 0,025 tömeggel.és 0,05 tömegaz 1,19.% és 1,26-0,1 tömeg%.Mindkét esetben (45° és 90° hélixszög) a termodinamikai jellemzők értéke a GNP-COOH@DW használatakor 1,02 0,025 tömeg%, 1,05 0,05 tömeg% esetén.és 1,02 0,1 tömeg%-ra.
A hőcserélő egy termodinamikai eszköz 1, amelyet a hűtési és fűtési műveletek során hőátvitelre használnak.A hőcserélő termikus-hidraulikus tulajdonságai javítják a hőátbocsátási tényezőt és csökkentik a munkaközeg ellenállását.Számos módszert fejlesztettek ki a hőátadás javítására, beleértve a turbulenciafokozókat2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 és a nanofluidokat12,13,14,15.Könnyű karbantartása és alacsony költsége miatt a csavart szalag beillesztése az egyik legsikeresebb módszer a hőcserélők hőátadásának javítására7,16.
Kísérleti és számítási vizsgálatok során nanofluidok és csavart szalagbetétes hőcserélők keverékeinek hidrotermális tulajdonságait vizsgálták.Egy kísérleti munkában három különböző fém nanofluid (Ag@DW, Fe@DW és Cu@DW) hidrotermikus tulajdonságait vizsgálták tűcsavart szalagos (STT) hőcserélőben17.Az alapcsőhöz képest az STT hőátbocsátási tényezője 11%-kal és 67%-kal javult.Az SST elrendezés gazdaságossági szempontból a legjobb a hatékonyság szempontjából az α = β = 0,33 paraméterrel.Ezenkívül 18,2%-os n-növekedést figyeltek meg az Ag@DW-vel, bár a nyomásveszteség maximális növekedése csak 8,5% volt.A hőátadás és a nyomásveszteség fizikai folyamatait koncentrikus csövekben tekercses turbulátorral és anélkül vizsgáltuk Al2O3@DW nanofluid turbulens áramlásával, kényszerkonvekcióval.A maximális átlagos Nusselt-szám (Nuavg) és nyomásveszteség Re = 20 000 értéknél figyelhető meg, amikor a tekercs osztásköze = 25 mm és az Al2O3@DW nanofluid 1,6 térfogat%.Laboratóriumi vizsgálatokat is végeztek a WC-betétekkel ellátott, közel kör alakú csöveken átfolyó grafén-oxid nanofluidok (GO@DW) hőátadási és nyomásveszteségi jellemzőinek tanulmányozására.Az eredmények azt mutatták, hogy a 0,12 térfogat% GO@DW körülbelül 77%-kal növelte a konvektív hőátbocsátási tényezőt.Egy másik kísérleti vizsgálatban nanofluidokat (TiO2@DW) fejlesztettek ki, hogy tanulmányozzák a csavart szalagbetétekkel ellátott gödröcskés csövek termikus-hidraulikus jellemzőit20.A maximális, 1,258-as hidrotermikus hatásfokot 0,15 térfogat% TiO2@DW-vel 45°-os ferde tengelyekbe ágyazott 3,0 csavarási tényezővel érték el.Az egyfázisú és kétfázisú (hibrid) szimulációs modellek figyelembe veszik a CuO@DW nanofluidok áramlását és hőátadását különböző szilárdanyag-koncentrációknál (1-4 térfogat%)21.Az egy csavart szalaggal behelyezett cső maximális termikus hatásfoka 2,18, a két csavart szalaggal azonos körülmények között behelyezett cső 2,04 (kétfázisú modell, Re = 36 000 és 4 térfogat%).Tanulmányozták a karboximetil-cellulóz (CMC) és réz-oxid (CuO) nem newtoni turbulens nanofluid áramlását főcsövekben és csavart betétes csövekben.A Nuavg 16,1%-os javulást mutat (a fővezetéknél) és 60%-os (a tekercses csővezetéknél (H/D = 5)).Általában az alacsonyabb csavarás-szalag arány nagyobb súrlódási együtthatót eredményez.Egy kísérleti vizsgálat során a csavart szalaggal (TT) és tekercsekkel (VC) ellátott csövek hatását vizsgálták a hőátadás és a súrlódási tényező tulajdonságaira CuO@DW nanofluidok segítségével.0,3 vol.%-CuO@DW Re = 20 000-nél lehetővé teszi a VK-2 csőben a hőátadás maximum 44,45%-ra történő növelését.Ezenkívül, ha egy csavart érpárú kábelt és egy tekercsbetétet azonos peremfeltételek mellett használnak, a súrlódási tényező 1,17 és 1,19 tényezővel nő a DW-hez képest.Általánosságban elmondható, hogy a tekercsekbe helyezett nanofluidok termikus hatásfoka jobb, mint a sodrott huzalokba behelyezett nanofluidoké.Egy turbulens (MWCNT@DW) nanofluid áramlás térfogati jellemzőit egy spirálhuzalba illesztett vízszintes csőben tanulmányozták.A hőteljesítmény paraméterei minden esetben 1-nél nagyobbak voltak, ami azt jelzi, hogy a nanofluidika és a tekercsbetét kombinációja javítja a hőátadást a szivattyú teljesítményének fogyasztása nélkül.Absztrakt – A módosított csavart-csavart V-alakú szalagból (VcTT) készült különböző betétekkel rendelkező kétcsöves hőcserélő hidrotermikus jellemzőit tanulmányozták az Al2O3 + TiO2@DW nanofluid turbulens áramlásának körülményei között.Az alapcsövekben lévő DW-hez képest a Nuavg jelentős, 132%-os javulással és akár 55%-os súrlódási tényezővel rendelkezik.Ezen kívül szóba került az Al2O3+TiO2@DW nanokompozit energiahatékonysága egy kétcsöves hőcserélőben26.Tanulmányukban azt találták, hogy az Al2O3 + TiO2@DW és a TT használata javította az exergia hatékonyságát a DW-hez képest.A VcTT turbulátoros koncentrikus csőszerű hőcserélőkben Singh és Sarkar27 fázisváltó anyagokat (PCM), diszpergált egyszeres/nanokompozit nanofluidokat (Al2O3@DW PCM-mel és Al2O3 + PCM-mel) használt.Beszámoltak arról, hogy a hőátadás és a nyomásveszteség növekszik, ahogy a csavarási együttható csökken, és a nanorészecske-koncentráció nő.A nagyobb V-bevágás mélységi tényező vagy egy kisebb szélességi tényező nagyobb hőátadást és nyomásveszteséget biztosíthat.Ezenkívül grafén-platinát (Gr-Pt) használtak a hő, súrlódás és az entrópiaképződés általános sebességének vizsgálatára 2-TT28 betétes csövekben.Vizsgálatuk azt mutatta, hogy a (Gr-Pt) kisebb százaléka szignifikánsan csökkentette a hőentrópia képződését egy viszonylag nagyobb súrlódási entrópiafejlődéshez képest.A kevert Al2O3@MgO nanofluidok és a kúpos WC jó keveréknek tekinthető, mivel a megnövelt arány (h/Δp) javíthatja a kétcsöves hőcserélő hidrotermikus teljesítményét 29 .Numerikus modellt használnak a DW30-ban felfüggesztett különféle háromrészes hibrid nanofluidokat (THNF) (Al2O3 + grafén + MWCNT) tartalmazó hőcserélők energiatakarékossági és környezetvédelmi teljesítményének értékelésére.Az 1,42–2,35 közötti teljesítményértékelési kritériumok (PEC) miatt a nyomott csavart turbulizerbetét (DTTI) és (Al2O3 + grafén + MWCNT) kombinációja szükséges.
Eddig kevés figyelmet fordítottak a kovalens és nem kovalens funkcionalizálás szerepére a termikus folyadékok hidrodinamikus áramlásában.A tanulmány célja a nanofluidok (ZNP-SDBS@DV) és (ZNP-COOH@DV) termikus-hidraulikus jellemzőinek összehasonlítása volt 45°-os és 90°-os csavarszögű csavart szalagbetétekben.A termofizikai tulajdonságokat ón = 308 K hőmérsékleten mértük. Ebben az esetben három tömegfrakciót vettünk figyelembe az összehasonlítás során, mint például (0,025 tömeg%, 0,05 tömeg% és 0,1 tömeg%).A 3D turbulens áramlási modellben (SST k-ω) a nyírófeszültség-átvitelt a termikus-hidraulikai jellemzők megoldására használjuk.Így ez a tanulmány jelentősen hozzájárul a pozitív tulajdonságok (hőátadás) és a negatív tulajdonságok (nyomásesés a súrlódásra) vizsgálatához, bemutatva az ilyen mérnöki rendszerekben a valódi munkaközegek termikus-hidraulikus jellemzőit és optimalizálását.
Az alapkonfiguráció egy sima cső (L = 900 mm és Dh = 20 mm).Behelyezett csavart szalag méretei (hossz = 20 mm, vastagság = 0,5 mm, profil = 30 mm).Ebben az esetben a spirálprofil hossza, szélessége és löketvonala 20 mm, 0,5 mm, illetve 30 mm volt.A csavart szalagok 45°-ban és 90°-ban vannak megdöntve.Különféle munkafolyadékok, például DW, nem kovalens nanofluidok (GNF-SDBS@DW) és kovalens nanofluidok (GNF-COOH@DW) ón = 308 K hőmérsékleten, három különböző tömegkoncentráció és különböző Reynolds-számok.A teszteket a hőcserélő belsejében végezték.A spirálcső külső falát állandó, 330 K felületi hőmérsékletre melegítettük, hogy teszteljük a hőátadást javító paramétereket.
ábrán.Az 1. ábra vázlatosan egy csavart szalagbehelyező csövet mutat be, megfelelő peremfeltételekkel és hálós területtel.Amint azt korábban említettük, a sebesség és a nyomás határfeltételei vonatkoznak a spirál bemeneti és kimeneti részére.Állandó felületi hőmérsékleten a csőfalra csúszásmentességet szabnak.A jelenlegi numerikus szimuláció nyomásalapú megoldást használ.Ugyanakkor egy program (ANSYS FLUENT 2020R1) segítségével egy parciális differenciálegyenletet (PDE) a véges térfogatú módszer (FMM) segítségével algebrai egyenletrendszerré konvertál.A másodrendű SIMPLE módszer (félig implicit módszer szekvenciális nyomásfüggő egyenletekhez) a sebesség-nyomáshoz kapcsolódik.Hangsúlyozni kell, hogy a tömeg-, impulzus- és energiaegyenletek reziduumainak konvergenciája kisebb, mint 103, illetve 106.
p Fizikai és számítási tartományok diagramja: (a) spirálszög 90°, (b) spirálszög 45°, (c) nincs csavarlapát.
A nanofluidok tulajdonságainak magyarázatára homogén modellt használnak.Nanoanyagok beépítésével az alapfolyadékba (DW) kiváló termikus tulajdonságokkal rendelkező folytonos folyadék jön létre.Ebből a szempontból az alapfolyadék és a nanoanyag hőmérséklete és sebessége azonos értékű.A fenti elméleteknek és feltételezéseknek köszönhetően ebben a tanulmányban hatékony egyfázisú áramlás működik.Számos tanulmány igazolta az egyfázisú technikák hatékonyságát és alkalmazhatóságát nanofluidikus áramlásra31,32.
A nanofluidok áramlásának newtoni turbulensnek, összenyomhatatlannak és állónak kell lennie.A kompressziós munka és a viszkózus fűtés ebben a vizsgálatban nem releváns.Ezenkívül nem veszik figyelembe a cső belső és külső falainak vastagságát.Ezért a termikus modellt meghatározó tömeg-, impulzus- és energiamegmaradási egyenletek a következőképpen fejezhetők ki:
ahol \(\overrightarrow{V}\) az átlagos sebességvektor, Keff = K + Kt a kovalens és nem kovalens nanofluidok effektív hővezető képessége, ε pedig az energiadisszipáció sebessége.A táblázatban bemutatott nanofluidok effektív termofizikai tulajdonságait, beleértve a sűrűséget (ρ), viszkozitást (μ), fajlagos hőkapacitást (Cp) és hővezetőképességet (k), egy kísérleti vizsgálat során mérték 308 K1 hőmérsékleten használat közben. ezekben a szimulátorokban.
A hagyományos és TT csövekben a turbulens nanofluid áramlás numerikus szimulációit 7000 ≤ Re ≤ 17 000 Reynolds-számoknál végeztük. Ezeket a szimulációkat és a konvektív hőátadási együtthatókat a Mentor κ-ω nyírófeszültség-transzfer turbulenciamodellje (SST) segítségével elemeztük, a Reynolds turbulencia átlaga alapján. Az aerodinamikai kutatásokban általánosan használt Navier-Stokes modell.Ezenkívül a modell fal funkció nélkül működik, és falak közelében pontos 35,36.(SST) κ-ω szabályozó egyenletek a turbulencia modellben a következők:
ahol \(S\) az alakváltozási sebesség értéke, \(y\) pedig a szomszédos felület távolsága.Eközben \({\alpha}_{1}\), \({\alpha}_{2}\), \({\beta}_{1}\), \({\beta}_{ 2 }\), \({\beta}^{*}\), \({\sigma}_{{k}_{1}}\), \({\sigma}_{{k}_{ 2 }}\), \({\sigma}_{{\omega}_{1}}\) és \({\sigma}_{{\omega}_{2}}\) jelöli az összes modellállandót.Az F1 és az F2 vegyes függvények.Megjegyzés: F1 = 1 a határrétegben, 0 a szembejövő áramlásban.
A teljesítményértékelési paramétereket a turbulens konvektív hőátadás, a kovalens és nem kovalens nanofluid áramlás tanulmányozására használják, például31:
Ebben az összefüggésben a (\(\rho\)), (\(v\)), (\({D}_{h}\)) és (\(\mu\)) a sűrűség és a folyadék sebessége. , hidraulikus átmérő és dinamikus viszkozitás.(\({C}_{p}\, \mathrm{u}\, k\)) – az áramló folyadék fajlagos hőkapacitása és hővezető képessége.Ezenkívül a (\(\pont{m}\)) a tömegáramra, a (\({T}_{out}-{T}_{in}\)) pedig a bemeneti és kimeneti hőmérséklet különbségére utal.(NFs) a kovalens, nem kovalens nanofluidokra, a (DW) pedig desztillált vízre (alapfolyadékra) utal.\({A}_{s} = \pi DL\), \({\overline{T}}_{f}=\frac{\left({T}_{out}-{T}_{in }\right)}{2}\) és \({\overline{T}}_{w}=\sum \frac{{T}_{w}}{n}\).
Az alapfolyadék (DW), a nem kovalens nanofluid (GNF-SDBS@DW) és a kovalens nanofluid (GNF-COOH@DW) termofizikai tulajdonságait a publikált irodalomból (kísérleti vizsgálatok), Sn = 308 K, mint pl. A 134. táblázatban látható. Egy tipikus kísérletben egy ismert tömegszázalékú, nem kovalens (GNP-SDBS@DW) nanofluid előállítására, bizonyos gramm elsődleges GNP-t először digitális mérlegen mértek le.Az SDBS/natív GNP tömegaránya (0,5:1) DW-ben súlyozott.Ebben az esetben kovalens (COOH-GNP@DW) nanofluidokat szintetizáltunk karboxilcsoportok hozzáadásával a GNP felületéhez erősen savas közegben, HNO3 és H2SO4 térfogatarányban (1:3).Kovalens és nem kovalens nanofluidokat szuszpendáltunk DW-ben három különböző tömegszázalékban, például 0,025 tömeg%, 0,05 tömeg%.és a tömeg 0,1%-a.
A hálófüggetlenségi teszteket négy különböző számítási tartományban végeztük annak biztosítására, hogy a hálóméret ne befolyásolja a szimulációt.A 45°-os torziós cső esetében az 1,75 mm-es darabok száma 249 033, a 2 mm-es egységeké 307 969, a 2,25 mm-es egységeké 421 406 darab, az egységek darabszáma egységmérettel 2 ,5 mm 564 940 ill.Ezen kívül a 90°-os csavart cső példájában az 1,75 mm-es elemméretű elemek száma 245 531, a 2 mm-es elemméret 311 584, a 2,25 mm-es elemméretű elemek száma 422 708, a 2,5 mm-es elemméretű elemek száma pedig 573 826.A termikus tulajdonságok, például (Tout, htc és Nuavg) pontossága az elemek számának csökkenésével nő.Ugyanakkor a súrlódási tényező és a nyomásesés értékeinek pontossága teljesen eltérő viselkedést mutatott (2. ábra).A szimulált esetben a hőhidraulikus jellemzők kiértékeléséhez a (2) rácsot használtuk fő rácsterületként.
A hőátadás és a nyomásesés teljesítményének tesztelése a hálótól függetlenül, 45°-ban és 90°-ban csavart DW csőpárok segítségével.
A jelen numerikus eredményeket a hőátadási teljesítményre és a súrlódási együtthatóra jól ismert empirikus összefüggések és egyenletek, például Dittus-Belter, Petukhov, Gnelinsky, Notter-Rouse és Blasius segítségével validálták.Az összehasonlítást 7000≤Re≤17000 feltétellel végeztük.ábra szerint.A 3. ábrán a szimulációs eredmények és a hőátadási egyenlet közötti átlagos és maximális hiba 4,050 és 5,490% (Dittus-Belter), 9,736 és 11,33% (Petuhov), 4,007 és 7,483% (Gnelinsky), valamint 3,883%7% (4,893% és ). Nott-Belter).Rózsa).Ebben az esetben a szimulációs eredmények és a súrlódási együttható egyenlete közötti átlagos és maximális hiba 7,346% és 8,039% (Blasius), illetve 8,117% és 9,002% (Petukhov).
A DW hőátadása és hidrodinamikai tulajdonságai különböző Reynolds-számoknál numerikus számítások és empirikus összefüggések segítségével.
Ez a rész a nem kovalens (LNP-SDBS) és kovalens (LNP-COOH) vizes nanofluidok termikus tulajdonságait tárgyalja három különböző tömegfrakció mellett, és a Reynolds-számok az alapfolyadékhoz (DW) viszonyított átlagok.A tekercses hevederes hőcserélők két geometriáját (45° és 90° csavarszög) tárgyaljuk 7000 ≤ Re ≤ 17000 esetén.A 4. ábra az átlagos hőmérsékletet mutatja a nanofluidnak az alapfolyadékba (DW) való kilépésénél (\(\frac{{{T}_{out}}_{NFs}}{{{T}_{out}}_{ DW}}\)) (0,025 tömeg%, 0,05 tömeg% és 0,1 tömeg%).(\(\frac{{{T}_{out}}_{NFs}}{{{T}_{out}}_{DW}}\)) mindig kisebb, mint 1, ami azt jelenti, hogy a kimeneti hőmérséklet nem kovalens (VNP-SDBS) és kovalens (VNP-COOH) nanofluidok az alapfolyadék kimeneténél alacsonyabb hőmérsékleten vannak.A legalacsonyabb és legnagyobb csökkenés 0,1 tömeg% COOH@GNP és 0,1 tömeg% SDBS@GNP volt.Ez a jelenség a Reynolds-szám állandó tömeghányad melletti növekedésének köszönhető, ami a nanofluid tulajdonságainak (azaz a sűrűségnek és a dinamikus viszkozitásnak) megváltozásához vezet.
Az 5. és 6. ábra a nanofluid és az alapfolyadék (DW) átlagos hőátadási jellemzőit mutatja (0,025 tömeg%, 0,05 tömeg% és 0,1 tömeg%).Az átlagos hőátadási tulajdonságok mindig nagyobbak, mint 1, ami azt jelenti, hogy a nem kovalens (LNP-SDBS) és kovalens (LNP-COOH) nanofluidok hőátadási tulajdonságai jobbak az alapfolyadékhoz képest.0,1 tömeg% COOH@GNP és 0,1 tömeg% SDBS@GNP érte el a legalacsonyabb, illetve a legnagyobb növekedést.Amikor a Reynolds-szám növekszik a nagyobb folyadékkeveredés és az 1 cső turbulenciája miatt, a hőátadási teljesítmény javul.A kis réseken keresztül a folyadékok nagyobb sebességet érnek el, ami vékonyabb sebesség/hő határréteget eredményez, ami növeli a hőátadás sebességét.Ha több nanorészecskét adunk az alapfolyadékhoz, akkor pozitív és negatív eredmények is lehetnek.A jótékony hatások közé tartozik a megnövekedett nanorészecskék ütközések, a kedvező folyadék-hővezetési követelmények és a fokozott hőátadás.
A nanofluid és az alapfolyadék hőátadási tényezője a Reynolds-számtól függően 45°-os és 90°-os csövek esetén.
Ugyanakkor negatív hatás a nanofluid dinamikus viszkozitásának növekedése, ami csökkenti a nanofluid mobilitását, ezáltal csökken az átlagos Nusselt szám (Nuavg).A nanofluidok (ZNP-SDBS@DW) és (ZNP-COOH@DW) megnövekedett hővezető képessége a Brown-mozgásnak és a DW37-ben szuszpendált grafén nanorészecskék mikrokonvekciójának köszönhető.A nanofluid (ZNP-COOH@DV) hővezető képessége nagyobb, mint a nanofluidé (ZNP-SDBS@DV) és a desztillált vízé.Ha több nanoanyagot adunk az alapfolyadékhoz, megnő a hővezető képessége (1. táblázat)38.
A 7. ábra szemlélteti a nanofluidok átlagos súrlódási együtthatóját az alapfolyadékkal (DW) (f(NFs)/f(DW)) tömegszázalékban (0,025%, 0,05% és 0,1%).Az átlagos súrlódási együttható mindig ≈1, ami azt jelenti, hogy a nem kovalens (GNF-SDBS@DW) és kovalens (GNF-COOH@DW) nanofluidok súrlódási együtthatója megegyezik az alapfolyadékéval.A kevesebb helyet kínáló hőcserélő több áramlási akadályt okoz, és növeli az áramlási súrlódást1.Alapvetően a súrlódási együttható enyhén növekszik a nanofluid tömeghányadának növekedésével.A nagyobb súrlódási veszteségeket a nanofluid megnövekedett dinamikus viszkozitása és az alapfolyadékban nagyobb tömegszázalékú nanografén felületén megnövekedett nyírófeszültség okozza.Az (1) táblázat azt mutatja, hogy a nanofluid (ZNP-SDBS@DV) dinamikus viszkozitása magasabb, mint a nanofluidé (ZNP-COOH@DV) azonos tömegszázalék mellett, ami a felületi hatások hozzáadásával jár.hatóanyagok egy nem kovalens nanofluidon.
ábrán.A 8. ábra a nanofluidot mutatja az alapfolyadékhoz (DW) képest (\(\frac{{\Delta P}_{NFs}}{{\Delta P}_{DW}}\)) (0,025%, 0,05% és 0,1% ).A nem kovalens (GNPs-SDBS@DW) nanofluid nagyobb átlagos nyomásveszteséget mutatott, és a tömegszázalék 0,025 tömeg%-nál 2,04%-ra, 0,05 tömeg%-nál 2,46%-ra nőtt.és 3,44% 0,1 tömeg% esetén.toknagyítással (spirálszög 45° és 90°).Eközben a nanofluid (GNPs-COOH@DW) alacsonyabb átlagos nyomásveszteséget mutatott, 1,31%-ról 0,025 tömeg%-nál.1,65 tömeg%-ig, 0,05 tömeg%-ig.A 0,05 tömeg% COOH®NP és 0,1 tömeg% COOH®NP átlagos nyomásvesztesége 1,65%.Amint látható, a nyomásesés minden esetben növekszik az Re szám növekedésével.A megnövekedett nyomásesést magas Re értékeknél a térfogatáramtól való közvetlen függés jelzi.Ezért a csőben lévő magasabb Re-szám nagyobb nyomáseséshez vezet, ami a szivattyú teljesítményének növelését igényli39,40.Ezenkívül a nyomásveszteség nagyobb a nagyobb felület által generált nagyobb örvények és turbulencia intenzitása miatt, ami növeli a nyomás és a tehetetlenségi erők kölcsönhatását a határrétegben1.
Általánosságban elmondható, hogy a nem kovalens (VNP-SDBS@DW) és kovalens (VNP-COOH@DW) nanofluidok teljesítményértékelési kritériumait (PEC) az 1-1.9. A nanofluid (ZNP-SDBS@DV) mindkét esetben magasabb PEC értékeket mutatott, mint a (ZNP-COOH@DV) (hélixszög 45° és 90°), és a tömeghányad növelésével, például 0,025-re javították. tömeg%.1,17, 0,05 tömeg% 1,19 és 0,1 tömeg% 1,26.Eközben a PEC értékek nanofluidok (GNPs-COOH@DW) használatával 1,02 0,025 tömeg% esetén, 1,05 0,05 tömeg% esetén, 1,05 0,1 tömeg% esetén.mindkét esetben (spirálszög 45° és 90°).1.02.Általános szabály, hogy a Reynolds-szám növekedésével a termikus-hidraulikus hatásfok jelentősen csökken.Ahogy a Reynolds-szám növekszik, a termikus-hidraulikus hatékonysági együttható csökkenése szisztematikusan összefügg a (NuNFs/NuDW) növekedésével és az (fNFs/fDW) csökkenésével.
A nanofluidok hidrotermikus tulajdonságai az alapfolyadékokhoz viszonyítva a Reynolds-számoktól függően 45°-os és 90°-os szögű csöveknél.
Ez a rész a víz (DW), nem kovalens (VNP-SDBS@DW) és kovalens (VNP-COOH@DW) nanofluidok termikus tulajdonságait tárgyalja három különböző tömegkoncentrációnál és Reynolds-számoknál.Két tekercses hevederes hőcserélő geometriát vettünk figyelembe a 7000 ≤ Re ≤ 17 000 tartományban a hagyományos csövekhez (spirálszögek 45° és 90°) az átlagos termikus-hidraulikus teljesítmény értékeléséhez.ábrán.A 10. ábra a víz és a nanofluidok hőmérsékletét mutatja átlagban a kimenetnél, egy közös cső (\(\frac{{{T}_{out}}_{Twisted}}{{ spirálszög 45° és 90°) használatával {T} _{out}}_{Regular}}\)).A nem kovalens (GNP-SDBS@DW) és kovalens (GNP-COOH@DW) nanofluidok három különböző tömegfrakcióval rendelkeznek, például 0,025 tömeg%, 0,05 tömeg% és 0,1 tömeg%.ábrán látható módon.11, a kimeneti hőmérséklet átlagos értéke (\(\frac{{{T}_{out}}_{Twisted}}{{{T}_{out}}_{Sima}}\)) > 1, jelezve, hogy (45° és 90° hélixszög) a hőcserélő kimeneténél a hőmérséklet jelentősebb, mint egy hagyományos csőé, a nagyobb turbulencia intenzitása és a folyadék jobb keveredése miatt.Ezenkívül a DW, a nem kovalens és a kovalens nanofluidok kimenetének hőmérséklete csökkent a Reynolds-szám növekedésével.Az alapfolyadék (DW) a legmagasabb átlagos kimeneti hőmérséklettel rendelkezik.Eközben a legalacsonyabb érték 0,1 wt%-SDBS@GNP-re vonatkozik.A nem kovalens (GNPs-SDBS@DW) nanofluidok alacsonyabb átlagos kimeneti hőmérsékletet mutattak, mint a kovalens (GNPs-COOH@DW) nanofluidok.Mivel a csavart szalag kevertebbé teszi az áramlási mezőt, a falközeli hőáram könnyebben áthatol a folyadékon, növelve az általános hőmérsékletet.Az alacsonyabb csavarás-szalag arány jobb behatolást és ezáltal jobb hőátadást eredményez.Másrészt látható, hogy a hengerelt szalag alacsonyabb hőmérsékletet tart a falhoz képest, ami viszont növeli a Nuavg-ot.Csavart szalagbetétek esetén a magasabb Nuavg érték a csövön belüli konvektív hőátadás javulását jelzi22.A megnövekedett áramlási út és a további keveredés és turbulencia miatt a tartózkodási idő megnő, ami a folyadék hőmérsékletének növekedését eredményezi a kimeneten41.
Reynolds-számú különböző nanofluidok a hagyományos csövek kimeneti hőmérsékletéhez viszonyítva (45° és 90° hélixszögek).
Hőátbocsátási együtthatók (45° és 90° hélixszög) a Reynolds-számokhoz képest különböző nanofluidok esetében a hagyományos csövekhez képest.
A továbbfejlesztett tekercses szalagos hőátadás fő mechanizmusa a következő: 1. A hőcserélő cső hidraulikus átmérőjének csökkentése az áramlási sebesség és a görbület növekedéséhez vezet, ami viszont növeli a fal nyírófeszültségét és elősegíti a másodlagos mozgást.2. A tekercsszalag eltömődése miatt megnő a sebesség a csőfalnál, és csökken a határolóréteg vastagsága.3. A csavart szíj mögötti spirális áramlás a sebesség növekedéséhez vezet.4. Az indukált örvények javítják a folyadékkeveredést az áramlás központi és falközeli régiói között42.ábrán.11. és 3. ábra.A 12. ábra mutatja például a DW és a nanofluidok hőátadási tulajdonságait (hőátbocsátási tényező és átlagos Nusselt-szám) átlagként csavart szalagos behelyező csöveket használva a hagyományos csövekhez képest.A nem kovalens (GNP-SDBS@DW) és kovalens (GNP-COOH@DW) nanofluidok három különböző tömegfrakcióval rendelkeznek, például 0,025 tömeg%, 0,05 tömeg% és 0,1 tömeg%.Mindkét hőcserélőben (45° és 90° hélixszög) az átlagos hőátadási teljesítmény >1, ami a hőátbocsátási tényező és az átlagos Nusselt-szám javulását jelzi tekercselt csöveknél a hagyományos csövekhez képest.A nem kovalens (GNPs-SDBS@DW) nanofluidok nagyobb átlagos hőátadási javulást mutattak, mint a kovalens (GNPs-COOH@DW) nanofluidok.Re = 900 mellett a hőátadási teljesítmény -SDBS@GNPs 0,1 tömeg%-os javulása a két hőcserélő esetében (45° és 90° hélixszög) volt a legmagasabb, 1,90 értékkel.Ez azt jelenti, hogy az egyenletes TP hatás kisebb folyadéksebességeknél (Reynolds-szám)43 és növekvő turbulenciaintenzitásnál fontosabb.A többszörös örvény bevezetése miatt a TT csövek hőátbocsátási tényezője és átlagos Nusselt-száma magasabb, mint a hagyományos csöveknél, ami vékonyabb határréteget eredményez.Növeli-e a HP jelenléte a turbulencia intenzitását, a munkaközeg-áramlások keveredését és a fokozott hőátadást az alapcsövekhez képest (csavart-csavart szalag behelyezése nélkül)21.
Átlagos Nusselt-szám (spirálszög 45° és 90°) a Reynolds-számhoz képest különböző nanofluidok esetében a hagyományos csövekhez képest.
A 13. és 14. ábra az átlagos súrlódási együtthatót (\(\frac{{f}_{Twisted}}{{f}_{Plain}}\)) és a nyomásveszteséget (\(\frac{{\Delta P}) mutatja _ {Twisted}}{{\Delta P}_{Plain}}\}} körülbelül 45° és 90° a DW nanofluidokat használó hagyományos csöveknél, (GNPs-SDBS@DW) és (GNPs-COOH@DW) ioncserélő tartalmaz ( 0,025 tömeg%, 0,05 tömeg% és 0,1 tömegszázalék. { {f}_{Sima} }\)) és nyomásveszteség (\(\frac{{ \Delta P}_{Twisted}}{{\Delta P) }_{Plain}}\}) kisebb Reynolds-számoknál nagyobb a súrlódási tényező és a nyomásveszteség. Az átlagos súrlódási tényező és nyomásveszteség 3,78 és 3,12 között van Az átlagos súrlódási tényező és nyomásveszteség azt mutatja, hogy (45°-os hélix szög és 90°) hőcserélő költsége háromszor magasabb, mint a hagyományos csövek.Ezen túlmenően, ha a munkaközeg nagyobb sebességgel áramlik, a súrlódási tényező csökken. A probléma abból adódik, hogy a Reynolds-szám növekedésével a határréteg vastagsága csökken, ami a dinamikus viszkozitás hatásának csökkenéséhez vezet az érintett területen, a sebességgradiensek és a nyírófeszültségek csökkenéséhez, és ennek következtében a súrlódási együttható csökkenéséhez21.A TT jelenléte és a megnövekedett örvénylés miatti javított blokkoló hatás a heterogén TT csöveknél lényegesen nagyobb nyomásveszteséget eredményez, mint az alapcsöveknél.Ezen kívül mind az alapcső, mind a TT cső esetében látható, hogy a nyomásesés a munkaközeg sebességével növekszik43.
Súrlódási együttható (45° és 90° hélixszög) a Reynolds-számhoz viszonyítva különféle nanofluidokhoz a hagyományos csövekhez képest.
Nyomásveszteség (45° és 90° hélixszög) a Reynolds-szám függvényében különböző nanofluidok esetén a hagyományos csőhöz képest.
Összefoglalva, a 15. ábra a teljesítményértékelési kritériumokat (PEC) mutatja 45°-os és 90°-os szögű hőcserélőknél a sima csövekhez képest (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}} \ )) (0,025 tömeg%, 0,05 tömeg% és 0,1 tömeg%) DV, (VNP-SDBS@DV) és kovalens (VNP-COOH@DV) nanofluidok alkalmazásával.Az érték (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Sima}}\)) > 1 mindkét esetben (45° és 90° hélixszög) a hőcserélőben.Ezenkívül (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) Re = 11 000 értéknél éri el legjobb értékét.A 90°-os hőcserélő enyhe növekedést mutat (\ (\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) a 45°-os hőcserélőhöz képest., Re = 11 000 0,1 tömeg%-nál GNPs@SDBS magasabb (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\))) értékeket jelent, pl. 1,25 a 45°-os hőcserélősarok esetén és 1,27 90°-os sarokhőcserélő esetén.A tömeghányad összes százalékánál nagyobb, mint egy, ami azt jelzi, hogy a csavart szalagbetétes csövek jobbak, mint a hagyományos csövek.Nevezetesen, a szalagbetétek által biztosított jobb hőátadás a súrlódási veszteségek jelentős növekedését eredményezte22.
A különböző nanofluidok Reynolds-számának hatékonysági kritériumai a hagyományos csövekhez viszonyítva (45° és 90° hélixszög).
Az A függelék a 45°-os és 90°-os hőcserélők áramvonalait mutatja Re = 7000-nél DW, 0,1 tömeg% GNP-SDBS@DW és 0,1 tömeg% GNP-COOH@DW használatával.A keresztirányú síkban lévő áramvonalak a legszembetűnőbb jellemzői a csavart szalagbetétek fő áramlásra gyakorolt hatásának.A 45°-os és 90°-os hőcserélők alkalmazása azt mutatja, hogy a sebesség a falközeli tartományban megközelítőleg azonos.Eközben a B. függelék a 45°-os és 90°-os hőcserélők sebességkontúrjait mutatja Re = 7000-nél DW, 0,1 tömeg% GNP-SDBS@DW és 0,1 tömeg% GNP-COOH@DW használatával.A sebességhurkok három különböző helyen (szeletben) találhatók, például: Plain-1 (P1 = -30 mm), Plain-4 (P4 = 60 mm) és Plain-7 (P7 = 150 mm).Az áramlási sebesség a csőfal közelében a legkisebb, és a folyadék sebessége a cső közepe felé nő.Ezenkívül a légcsatornán való áthaladáskor megnő az alacsony sebességek területe a fal közelében.Ennek oka a hidrodinamikai határréteg növekedése, amely növeli a fal közelében lévő kis sebességű régió vastagságát.Ezenkívül a Reynolds-szám növelése növeli az általános sebességszintet minden keresztmetszetben, ezáltal csökkentve a kis sebességű régió vastagságát a csatornában39.
A kovalensen és nem kovalensen funkcionalizált grafén nanolapokat 45°-os és 90°-os csavart szalagbetétekben értékelték ki.A hőcserélő numerikus megoldása az SST k-omega turbulencia modell segítségével történik 7000 ≤ Re ≤ 17000 mellett. A termofizikai tulajdonságokat Tin = 308 K értéknél számítjuk. Egyidejűleg melegítse fel a csavart csőfalat állandó 330 K hőmérsékleten. COOH@DV) három tömegmennyiségre hígítottuk, például (0,025 tömeg%, 0,05 tömeg% és 0,1 tömeg%).A jelenlegi tanulmány hat fő tényezőt vett figyelembe: a kimeneti hőmérsékletet, a hőátbocsátási tényezőt, az átlagos Nusselt-számot, a súrlódási együtthatót, a nyomásveszteséget és a teljesítmény értékelési kritériumait.Íme a főbb megállapítások:
Az átlagos kimeneti hőmérséklet (\({{T}_{out}}_{Nanofluids}\)/\({{T}_{out}}_{Basefluid}\)) mindig kisebb, mint 1, ami azt jelenti, hogy nem terjed A vegyérték (ZNP-SDBS@DV) és kovalens (ZNP-COOH@DV) nanofluidok kilépési hőmérséklete alacsonyabb, mint az alapfolyadéké.Eközben az átlagos kimeneti hőmérséklet (\({{T}_{out}}_{Twisted}\)/\({{T}_{out}}_{Plain}\)) > 1, ami a tény, hogy (45° és 90° spirálszög) a kimeneti hőmérséklet magasabb, mint a hagyományos csöveknél.
Mindkét esetben a hőátadási tulajdonságok (nanofluid/alapfolyadék) és (sodort cső/normál cső) átlagértéke mindig >1.A nem kovalens (GNPs-SDBS@DW) nanofluidok átlagosan nagyobb hőátadást mutattak, ami megfelel a kovalens (GNPs-COOH@DW) nanofluidoknak.
A nem kovalens (VNP-SDBS@DW) és kovalens (VNP-COOH@DW) nanofluidok átlagos súrlódási együtthatója (\({f}_{Nanofluids}/{f}_{Basefluid}\)) mindig ≈1 .a nem kovalens (ZNP-SDBS@DV) és kovalens (ZNP-COOH@DV) nanofluidok súrlódása (\({f}_{Twisted}/{f}_{Plain}\)) mindig > 3.
Mindkét esetben (45° és 90° hélixszög) a nanofluidok (GNPs-SDBS@DW) magasabb értéket mutattak (\({\Delta P}_{Nanofluids}/{\Delta P}_{Basefluid}\)) 0,025 2,04 tömeg% 2,05 tömeg%, 2,46 tömeg% 0,05 tömeg%, 3,44 tömeg% 0,1 tömeg%.Eközben a (GNPs-COOH@DW) nanofluidok alacsonyabb értéket mutattak (\({\Delta P}_{Nanofluids}/{\Delta P}_{Basefluid}\)) 1,31%-ról 0,025 tömeg%-ra 1,65%-ra, ez 0,05 % súly alapján.Ezenkívül a nem kovalens (GNPs-SDBS@DW) és a kovalens (GNPs-COOH@DW) átlagos nyomásvesztesége (\({\Delta P}_{Twisted}/{\Delta P}_{Plain}\)) ))) nanofluidok mindig >3.
Mindkét esetben (45° és 90° hélixszög) a nanofluidok (GNPs-SDBS@DW) magasabb (\({PEC}_{Nanofluids}/{PEC} _{Basefluid}\)) @DW értéket mutattak. pl. 0,025 tömeg% – 1,17, 0,05 tömeg% – 1,19, 0,1 tömeg% – 1,26.Ebben az esetben a (\({PEC}_{Nanofluids}/{PEC}_{Basefluid}\)) értéke (GNPs-COOH@DW) nanofluidokat használva 1,02 0,025 tömeg% esetén, 1,05 0 esetén , 05 tömeg1,02 pedig 0,1 tömeg%.Ezenkívül Re = 11 000 esetén a 0,1 tömeg% GNPs@SDBS magasabb értékeket mutatott (\({PEC}_{Twisted}/{PEC}_{Sima}\)), például 1,25-öt 45°-os spirálszög esetén és 90°-os csavarvonalszög 1.27.
Thianpong, C. et al.A nanofluid titán-dioxid/víz áramlás többcélú optimalizálása a hőcserélőben, delta szárnyakkal ellátott csavart szalagbetétekkel.belső J. Hot.a tudomány.172, 107318 (2022).
Langerudi, HG és Jawaerde, C. Nem-newtoni folyadékáramlás kísérleti vizsgálata tipikus és V-alakú csavart szalagokkal behelyezett fújtatókban.Heat and Mass Transfer 55, 937–951 (2019).
Dong, X. et al.Spirálcsavart cső alakú hőcserélő hőátadási jellemzőinek és áramlási ellenállásának kísérleti vizsgálata [J].Alkalmazási hőmérséklet.projekt.176, 115397 (2020).
Yongsiri, K., Eiamsa-Ard, P., Wongcharee, K. & Eiamsa-Ard, SJCS Javított hőátadás turbulens csatornaáramlásban ferde elválasztó bordákkal.aktuális kutatás.hőfok.projekt.3, 1–10 (2014).
Feladás időpontja: 2023. március 17