304 χημικό συστατικό τυλιγμένων σωλήνων από ανοξείδωτο χάλυβα, Θερμοδυναμική ανάλυση ομοιοπολικά και μη ομοιοπολικά λειτουργοποιημένων νανοφύλλων γραφενίου σε στρογγυλούς σωλήνες εξοπλισμένους με στροβιλιστές

Σας ευχαριστούμε που επισκεφτήκατε το Nature.com.Χρησιμοποιείτε μια έκδοση προγράμματος περιήγησης με περιορισμένη υποστήριξη CSS.Για την καλύτερη εμπειρία, συνιστούμε να χρησιμοποιήσετε ένα ενημερωμένο πρόγραμμα περιήγησης (ή να απενεργοποιήσετε τη λειτουργία συμβατότητας στον Internet Explorer).Επιπλέον, για να διασφαλίσουμε τη συνεχή υποστήριξη, εμφανίζουμε τον ιστότοπο χωρίς στυλ και JavaScript.
Ρυθμιστικά που εμφανίζουν τρία άρθρα ανά διαφάνεια.Χρησιμοποιήστε τα κουμπιά πίσω και επόμενο για να μετακινηθείτε στις διαφάνειες ή τα κουμπιά του ελεγκτή ολίσθησης στο τέλος για να μετακινηθείτε σε κάθε διαφάνεια.

304 Σωληνώσεις 10*1mm από ανοξείδωτο ατσάλι στην Κίνα

Μέγεθος: 3/4 ίντσα, 1/2 ίντσα, 1 ίντσα, 3 ίντσα, 2 ίντσες

Μήκος σωλήνα μονάδας: 6 μέτρα

Βαθμός χάλυβα: 201, 304 ΚΑΙ 316

Βαθμός: 201, 202, 304, 316, 304 L, 316 L,

Υλικό: ΑΝΟΞΕΙΔΩΤΟ ΑΤΣΑΛΙ

Κατάσταση: Καινούργιο

Τα ομοιοπολικά και μη ομοιοπολικά νανορευστά δοκιμάστηκαν σε στρογγυλούς σωλήνες εξοπλισμένους με ένθετα στριμμένης ταινίας με γωνίες έλικας 45° και 90°.Ο αριθμός Reynolds ήταν 7000 ≤ Re ≤ 17000, οι θερμοφυσικές ιδιότητες αξιολογήθηκαν στους 308 Κ. Το φυσικό μοντέλο επιλύεται αριθμητικά χρησιμοποιώντας ένα μοντέλο τυρβώδους ιξώδους δύο παραμέτρων (SST k-ωμέγα στροβιλισμός).Οι συγκεντρώσεις (0,025 wt.%, 0.05 wt.% και 0.1 wt.%) των νανορευστών ZNP-SDBS@DV και ZNP-COOH@DV ελήφθησαν υπόψη στην εργασία.Τα τοιχώματα των στριμμένων σωλήνων θερμαίνονται σε σταθερή θερμοκρασία 330 Κ. Έξι παράμετροι ελήφθησαν υπόψη στην τρέχουσα μελέτη: θερμοκρασία εξόδου, συντελεστής μεταφοράς θερμότητας, μέσος αριθμός Nusselt, συντελεστής τριβής, απώλεια πίεσης και κριτήρια αξιολόγησης απόδοσης.Και στις δύο περιπτώσεις (γωνία έλικας 45° και 90°), το νανορευστό ZNP-SDBS@DV έδειξε υψηλότερα θερμικά-υδραυλικά χαρακτηριστικά από το ZNP-COOH@DV και αυξήθηκε με την αύξηση του κλάσματος μάζας, για παράδειγμα, 0,025 wt.και 0,05 wt.είναι 1,19.% και 1,26 – 0,1 wt.%.Και στις δύο περιπτώσεις (γωνία έλικας 45° και 90°), οι τιμές των θερμοδυναμικών χαρακτηριστικών κατά τη χρήση του GNP-COOH@DW είναι 1,02 για 0,025% κ.β., 1,05 για 0,05% κ.β.και 1,02 για 0,1% κ.β.
Ο εναλλάκτης θερμότητας είναι μια θερμοδυναμική συσκευή 1 που χρησιμοποιείται για τη μεταφορά θερμότητας κατά τις εργασίες ψύξης και θέρμανσης.Οι θερμο-υδραυλικές ιδιότητες του εναλλάκτη θερμότητας βελτιώνουν τον συντελεστή μεταφοράς θερμότητας και μειώνουν την αντίσταση του ρευστού εργασίας.Έχουν αναπτυχθεί αρκετές μέθοδοι για τη βελτίωση της μεταφοράς θερμότητας, συμπεριλαμβανομένων των ενισχυτών στροβιλισμού2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 και νανορευστών12,13,14,15.Η εισαγωγή στριφτής ταινίας είναι μια από τις πιο επιτυχημένες μεθόδους για τη βελτίωση της μεταφοράς θερμότητας στους εναλλάκτες θερμότητας λόγω της ευκολίας συντήρησης και του χαμηλού κόστους7,16.
Σε μια σειρά πειραματικών και υπολογιστικών μελετών, μελετήθηκαν οι υδροθερμικές ιδιότητες μιγμάτων νανορευστών και εναλλάκτη θερμότητας με στριμμένα ένθετα ταινίας.Σε μια πειραματική εργασία, οι υδροθερμικές ιδιότητες τριών διαφορετικών μεταλλικών νανορευστών (Ag@DW, Fe@DW και Cu@DW) μελετήθηκαν σε έναν εναλλάκτη θερμότητας στριμμένης ταινίας (STT)17.Σε σύγκριση με τον βασικό σωλήνα, ο συντελεστής μεταφοράς θερμότητας του STT βελτιώνεται κατά 11% και 67%.Η διάταξη SST είναι η καλύτερη από οικονομική άποψη ως προς την απόδοση με την παράμετρο α = β = 0,33.Επιπλέον, μια αύξηση 18,2% στο n παρατηρήθηκε με Ag@DW, αν και η μέγιστη αύξηση στην απώλεια πίεσης ήταν μόνο 8,5%.Μελετήθηκαν οι φυσικές διεργασίες μεταφοράς θερμότητας και απώλειας πίεσης σε ομόκεντρους σωλήνες με και χωρίς περιελιγμένους στροβιλιστές χρησιμοποιώντας τυρβώδεις ροές νανορευστού Al2O3@DW με εξαναγκασμένη συναγωγή.Ο μέγιστος μέσος αριθμός Nusselt (Nuavg) και η απώλεια πίεσης παρατηρούνται σε Re = 20.000 όταν το βήμα του πηνίου = 25 mm και το νανορευστό Al2O3@DW 1,6 vol.%.Εργαστηριακές μελέτες έχουν επίσης διεξαχθεί για τη μελέτη των χαρακτηριστικών μεταφοράς θερμότητας και απώλειας πίεσης των νανορευστών οξειδίου του γραφενίου (GO@DW) που ρέουν μέσα από σχεδόν κυκλικούς σωλήνες με ένθετα WC.Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι 0,12 vol%-GO@DW αύξησε τον συντελεστή μεταφοράς θερμότητας κατά περίπου 77%.Σε μια άλλη πειραματική μελέτη, αναπτύχθηκαν νανορευστά (TiO2@DW) για τη μελέτη των θερμο-υδραυλικών χαρακτηριστικών σωλήνων με βαθουλώματα που είναι εφοδιασμένα με ένθετα στριμμένης ταινίας20.Η μέγιστη υδροθερμική απόδοση 1.258 επιτεύχθηκε χρησιμοποιώντας 0,15 vol%-TiO2@DW ενσωματωμένα σε άξονες με κλίση 45° με συντελεστή συστροφής 3,0.Τα μονοφασικά και διφασικά (υβριδικά) μοντέλα προσομοίωσης λαμβάνουν υπόψη τη ροή και τη μεταφορά θερμότητας των νανορευστών CuO@DW σε διάφορες συγκεντρώσεις στερεών (1–4% vol.%)21.Η μέγιστη θερμική απόδοση ενός σωλήνα που εισάγεται με μία στριμμένη ταινία είναι 2,18 και ένας σωλήνας που εισάγεται με δύο στριμμένες ταινίες υπό τις ίδιες συνθήκες είναι 2,04 (μοντέλο δύο φάσεων, Re = 36.000 και 4 vol.%).Η μη νευτώνεια τυρβώδης νανορευστή ροή καρβοξυμεθυλοκυτταρίνης (CMC) και οξειδίου του χαλκού (CuO) σε κύριους σωλήνες και σωλήνες με στριμμένα ένθετα έχει μελετηθεί.Το Nuavg παρουσιάζει βελτίωση 16,1% (για τον κύριο αγωγό) και 60% (για τον τυλιγμένο αγωγό με αναλογία (H/D = 5)).Γενικά, ένας χαμηλότερος λόγος συστροφής προς κορδέλα έχει ως αποτέλεσμα υψηλότερο συντελεστή τριβής.Σε μια πειραματική μελέτη, μελετήθηκε η επίδραση σωλήνων με στριμμένη ταινία (TT) και πηνία (VC) στις ιδιότητες της μεταφοράς θερμότητας και του συντελεστή τριβής χρησιμοποιώντας νανορευστά CuO@DW.Χρησιμοποιώντας 0,3 τόμ.Το %-CuO@DW σε Re = 20.000 καθιστά δυνατή την αύξηση της μεταφοράς θερμότητας στον σωλήνα VK-2 σε μέγιστη τιμή 44,45%.Επιπλέον, όταν χρησιμοποιείτε ένα καλώδιο συνεστραμμένου ζεύγους και ένα ένθετο πηνίου υπό τις ίδιες οριακές συνθήκες, ο συντελεστής τριβής αυξάνεται κατά συντελεστές 1,17 και 1,19 σε σύγκριση με το DW.Γενικά, η θερμική απόδοση των νανορευστών που εισάγονται σε πηνία είναι καλύτερη από εκείνη των νανορευστών που εισάγονται σε συρματόσχοινα.Το ογκομετρικό χαρακτηριστικό μιας τυρβώδους ροής νανορευστού (MWCNT@DW) μελετήθηκε μέσα σε έναν οριζόντιο σωλήνα που έχει εισαχθεί σε ένα σπειροειδές σύρμα.Οι παράμετροι θερμικής απόδοσης ήταν > 1 για όλες τις περιπτώσεις, υποδεικνύοντας ότι ο συνδυασμός νανορευστών με το ένθετο πηνίου βελτιώνει τη μεταφορά θερμότητας χωρίς να καταναλώνει ισχύ αντλίας.Περίληψη-Τα υδροθερμικά χαρακτηριστικά ενός εναλλάκτη θερμότητας δύο σωλήνων με διάφορα ένθετα κατασκευασμένα από μια τροποποιημένη στριμμένη-στριμμένη ταινία σχήματος V (VcTT) έχουν μελετηθεί υπό συνθήκες τυρβώδους ροής του νανορευστού Al2O3 + TiO2@DW.Σε σύγκριση με το DW σε σωλήνες βάσης, το Nuavg έχει σημαντική βελτίωση 132% και συντελεστή τριβής έως και 55%.Επιπλέον, συζητήθηκε η ενεργειακή απόδοση του νανοσύνθετου υλικού Al2O3+TiO2@DW σε έναν εναλλάκτη θερμότητας δύο σωλήνων26.Στη μελέτη τους, διαπίστωσαν ότι η χρήση των Al2O3 + TiO2@DW και TT βελτίωσε την εξεργειακή απόδοση σε σύγκριση με το DW.Σε ομόκεντρους σωληνωτούς εναλλάκτες θερμότητας με στροβιλιστές VcTT, οι Singh και Sarkar27 χρησιμοποίησαν υλικά αλλαγής φάσης (PCM), διασκορπισμένα απλά/νανοσύνθετα νανορευστά (Al2O3@DW με PCM και Al2O3 + PCM).Ανέφεραν ότι η μεταφορά θερμότητας και η απώλεια πίεσης αυξάνονται καθώς μειώνεται ο συντελεστής συστροφής και αυξάνεται η συγκέντρωση νανοσωματιδίων.Ένας μεγαλύτερος συντελεστής βάθους εγκοπής V ή ένας μικρότερος παράγοντας πλάτους μπορεί να προσφέρει μεγαλύτερη μεταφορά θερμότητας και απώλεια πίεσης.Επιπλέον, το γραφένιο-πλατίνα (Gr-Pt) έχει χρησιμοποιηθεί για τη διερεύνηση της θερμότητας, της τριβής και του συνολικού ρυθμού παραγωγής εντροπίας σε σωλήνες με ένθετα 2-TT28.Η μελέτη τους έδειξε ότι ένα μικρότερο ποσοστό (Gr-Pt) μείωσε σημαντικά την παραγωγή εντροπίας θερμότητας σε σύγκριση με μια σχετικά υψηλότερη ανάπτυξη εντροπίας τριβής.Τα μικτά νανορευστά Al2O3@MgO και τα κωνικά WC μπορούν να θεωρηθούν ως ένα καλό μείγμα, καθώς μια αυξημένη αναλογία (h/Δp) μπορεί να βελτιώσει την υδροθερμική απόδοση ενός εναλλάκτη θερμότητας δύο σωλήνων 29 .Χρησιμοποιείται ένα αριθμητικό μοντέλο για την αξιολόγηση της εξοικονόμησης ενέργειας και της περιβαλλοντικής απόδοσης των εναλλακτών θερμότητας με διάφορα τριμερή υβριδικά νανορευστά (THNF) (Al2O3 + γραφένιο + MWCNT) αιωρούμενα στο DW30.Λόγω των κριτηρίων αξιολόγησης απόδοσης (PEC) στην περιοχή από 1,42–2,35, απαιτείται συνδυασμός συμπιεσμένου συνεστραμμένου στροβιλοκινητήρα (DTTI) και (Al2O3 + Graphene + MWCNT).
Μέχρι τώρα, λίγη προσοχή έχει δοθεί στον ρόλο της ομοιοπολικής και μη ομοιοπολικής λειτουργικοποίησης στην υδροδυναμική ροή σε θερμικά ρευστά.Ο ειδικός σκοπός αυτής της μελέτης ήταν η σύγκριση των θερμο-υδραυλικών χαρακτηριστικών των νανορευστών (ZNP-SDBS@DV) και (ZNP-COOH@DV) σε ένθετα στριμμένης ταινίας με γωνίες έλικας 45° και 90°.Οι θερμοφυσικές ιδιότητες μετρήθηκαν σε Κασσίτερο = 308 Κ. Σε αυτή την περίπτωση, τρία κλάσματα μάζας λήφθηκαν υπόψη στη διαδικασία σύγκρισης, όπως (0,025 κ.β.%, 0,05 κ.β.% και 0,1 κ.β.%).Η μεταφορά διατμητικής τάσης στο τρισδιάστατο μοντέλο τυρβώδους ροής (SST k-ω) χρησιμοποιείται για την επίλυση των θερμοϋδραυλικών χαρακτηριστικών.Έτσι, αυτή η μελέτη συμβάλλει σημαντικά στη μελέτη θετικών ιδιοτήτων (μεταφορά θερμότητας) και αρνητικών ιδιοτήτων (πτώση πίεσης στην τριβή), καταδεικνύοντας τα θερμοϋδραυλικά χαρακτηριστικά και τη βελτιστοποίηση των πραγματικών ρευστών λειτουργίας σε τέτοια συστήματα μηχανικής.
Η βασική διαμόρφωση είναι ένας λείος σωλήνας (L = 900 mm και Dh = 20 mm).Διαστάσεις στριμμένης ταινίας που έχει εισαχθεί (μήκος = 20 mm, πάχος = 0,5 mm, προφίλ = 30 mm).Σε αυτήν την περίπτωση, το μήκος, το πλάτος και η διαδρομή του σπειροειδούς προφίλ ήταν 20 mm, 0,5 mm και 30 mm, αντίστοιχα.Οι στριμμένες ταινίες έχουν κλίση 45° και 90°.Διάφορα λειτουργικά ρευστά όπως DW, μη ομοιοπολικά νανορευστά (GNF-SDBS@DW) και ομοιοπολικά νανορευστά (GNF-COOH@DW) σε Tin = 308 K, τρεις διαφορετικές συγκεντρώσεις μάζας και διαφορετικοί αριθμοί Reynolds.Οι δοκιμές πραγματοποιήθηκαν μέσα στον εναλλάκτη θερμότητας.Το εξωτερικό τοίχωμα του σπειροειδούς σωλήνα θερμάνθηκε σε σταθερή θερμοκρασία επιφάνειας 330 K για να δοκιμαστούν οι παράμετροι για τη βελτίωση της μεταφοράς θερμότητας.
Στο σχ.Το 1 δείχνει σχηματικά έναν σωλήνα εισαγωγής στριμμένης ταινίας με τις ισχύουσες οριακές συνθήκες και την περιοχή πλέγματος.Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, οι οριακές συνθήκες ταχύτητας και πίεσης ισχύουν για τα τμήματα εισόδου και εξόδου της έλικας.Σε σταθερή θερμοκρασία επιφάνειας, επιβάλλεται μια αντιολισθητική κατάσταση στο τοίχωμα του σωλήνα.Η τρέχουσα αριθμητική προσομοίωση χρησιμοποιεί μια λύση που βασίζεται στην πίεση.Ταυτόχρονα, ένα πρόγραμμα (ANSYS FLUENT 2020R1) χρησιμοποιείται για τη μετατροπή μιας μερικής διαφορικής εξίσωσης (PDE) σε ένα σύστημα αλγεβρικών εξισώσεων χρησιμοποιώντας τη μέθοδο πεπερασμένου όγκου (FMM).Η δεύτερης τάξης μέθοδος SIMPLE (ημι-σιωπηρή μέθοδος για διαδοχικές εξισώσεις που εξαρτώνται από την πίεση) σχετίζεται με την ταχύτητα-πίεση.Πρέπει να τονιστεί ότι η σύγκλιση των υπολειμμάτων για τις εξισώσεις μάζας, ορμής και ενέργειας είναι μικρότερη από 103 και 106, αντίστοιχα.
p Διάγραμμα φυσικών και υπολογιστικών τομέων: (α) γωνία έλικας 90°, (β) γωνία έλικας 45°, (γ) χωρίς ελικοειδή λεπίδα.
Ένα ομοιογενές μοντέλο χρησιμοποιείται για να εξηγήσει τις ιδιότητες των νανορευστών.Με την ενσωμάτωση νανοϋλικών στο βασικό ρευστό (DW), σχηματίζεται ένα συνεχές ρευστό με εξαιρετικές θερμικές ιδιότητες.Από αυτή την άποψη, η θερμοκρασία και η ταχύτητα του ρευστού βάσης και του νανοϋλικού έχουν την ίδια τιμή.Λόγω των παραπάνω θεωριών και υποθέσεων, η αποτελεσματική μονοφασική ροή λειτουργεί σε αυτή τη μελέτη.Αρκετές μελέτες έχουν αποδείξει την αποτελεσματικότητα και την εφαρμογή των μονοφασικών τεχνικών για τη ροή νανορευστών31,32.
Η ροή των νανορευστών πρέπει να είναι νευτώνεια τυρβώδης, ασυμπίεστη και ακίνητη.Οι εργασίες συμπίεσης και η ιξώδης θέρμανση δεν έχουν σημασία σε αυτή τη μελέτη.Επιπλέον, δεν λαμβάνεται υπόψη το πάχος των εσωτερικών και εξωτερικών τοιχωμάτων του σωλήνα.Επομένως, οι εξισώσεις μάζας, ορμής και διατήρησης ενέργειας που ορίζουν το θερμικό μοντέλο μπορούν να εκφραστούν ως εξής:
όπου \(\overrightarrow{V}\) είναι το διάνυσμα μέσης ταχύτητας, Keff = K + Kt είναι η αποτελεσματική θερμική αγωγιμότητα ομοιοπολικών και μη ομοιοπολικών νανορευστών και ε είναι ο ρυθμός διασποράς ενέργειας.Οι αποτελεσματικές θερμοφυσικές ιδιότητες των νανορευστών, συμπεριλαμβανομένης της πυκνότητας (ρ), του ιξώδους (μ), της ειδικής θερμοχωρητικότητας (Cp) και της θερμικής αγωγιμότητας (k), που φαίνονται στον πίνακα, μετρήθηκαν κατά τη διάρκεια μιας πειραματικής μελέτης σε θερμοκρασία 308 K1 όταν χρησιμοποιήθηκαν σε αυτούς τους προσομοιωτές.
Αριθμητικές προσομοιώσεις τυρβώδους ροής νανορευστού σε συμβατικούς σωλήνες και σωλήνες ΤΤ πραγματοποιήθηκαν στους αριθμούς Reynolds 7000 ≤ Re ≤ 17000. Αυτές οι προσομοιώσεις και οι συντελεστές μεταφοράς θερμότητας συναγωγής αναλύθηκαν χρησιμοποιώντας το μοντέλο τυρβώδους κ-ω Mentor's για τη μεταφορά μέσης διατμητικής τάσης (SST) μοντέλο Navier-Stokes, που χρησιμοποιείται συνήθως στην αεροδυναμική έρευνα.Επιπλέον, το μοντέλο λειτουργεί χωρίς λειτουργία τοίχου και είναι ακριβές κοντά στους τοίχους 35,36.Οι (SST) κ-ω εξισώσεις του μοντέλου αναταράξεων είναι οι εξής:
όπου \(S\) είναι η τιμή του ρυθμού παραμόρφωσης και \(y\) είναι η απόσταση από τη διπλανή επιφάνεια.Εν τω μεταξύ, \({\alpha}_{1}\), \({\alpha}_{2}\), \({\beta}_{1}\), \({\beta}_{ 2 }\), \({\beta}^{*}\), \({\sigma}_{{k}_{1}}\), \({\sigma}_{{k}_{ 2 }}\), \({\sigma}_{{\omega}_{1}}\) και \({\sigma}_{{\omega}_{2}}\) δηλώνουν όλες τις σταθερές μοντέλου.Τα F1 και F2 είναι μικτές συναρτήσεις.Σημείωση: F1 = 1 στο οριακό στρώμα, 0 στην επερχόμενη ροή.
Οι παράμετροι αξιολόγησης απόδοσης χρησιμοποιούνται για τη μελέτη τυρβώδους μεταφοράς θερμότητας, ομοιοπολικής και μη ομοιοπολικής ροής νανορευστού, για παράδειγμα31:
Σε αυτό το πλαίσιο, τα (\(\rho\)), (\(v\)), (\({D}_{h}\)) και (\(\mu\)) χρησιμοποιούνται για την πυκνότητα, την ταχύτητα του ρευστού , υδραυλική διάμετρος και δυναμικό ιξώδες.(\({C}_{p}\, \mathrm{u}\, k\)) – ειδική θερμοχωρητικότητα και θερμική αγωγιμότητα του ρέοντος ρευστού.Επίσης, το (\(\dot{m}\)) αναφέρεται στη ροή μάζας και (\({T}_{out}-{T}_{in}\)) αναφέρεται στη διαφορά θερμοκρασίας εισόδου και εξόδου.Το (NFs) αναφέρεται σε ομοιοπολικά, μη ομοιοπολικά νανορευστά και το (DW) αναφέρεται σε απεσταγμένο νερό (ρευστό βάσης).\({A}_{s} = \pi DL\), \({\overline{T}}_{f}=\frac{\left({T}_{out}-{T}_{in }\right)}{2}\) και \({\overline{T}}_{w}=\sum \frac{{T}_{w}}{n}\).
Οι θερμοφυσικές ιδιότητες του βασικού ρευστού (DW), του μη ομοιοπολικού νανορευστού (GNF-SDBS@DW) και του ομοιοπολικού νανορευστού (GNF-COOH@DW) ελήφθησαν από τη δημοσιευμένη βιβλιογραφία (πειραματικές μελέτες), Sn = 308 K, ως που φαίνεται στον Πίνακα 134. Σε ένα τυπικό πείραμα για τη λήψη ενός μη ομοιοπολικού (GNP-SDBS@DW) νανορευστού με γνωστά ποσοστά μάζας, ορισμένα γραμμάρια πρωτογενούς GNP ζυγίστηκαν αρχικά σε έναν ψηφιακό ζυγό.Η αναλογία βάρους του SDBS/εγγενούς ΑΕΠ είναι (0,5:1) σταθμισμένη σε DW.Στην περίπτωση αυτή, συντέθηκαν ομοιοπολικά (COOH-GNP@DW) νανορευστά προσθέτοντας καρβοξυλομάδες στην επιφάνεια του GNP χρησιμοποιώντας ένα ισχυρά όξινο μέσο με αναλογία όγκου (1:3) HNO3 και H2SO4.Ομοιοπολικά και μη ομοιοπολικά νανορευστά εναιωρήθηκαν σε DW σε τρία διαφορετικά ποσοστά βάρους όπως 0,025 wt%, 0,05 wt%.και 0,1% της μάζας.
Πραγματοποιήθηκαν δοκιμές ανεξαρτησίας πλέγματος σε τέσσερις διαφορετικούς υπολογιστικούς τομείς για να διασφαλιστεί ότι το μέγεθος του πλέγματος δεν επηρεάζει την προσομοίωση.Στην περίπτωση του σωλήνα στρέψης 45°, ο αριθμός των μονάδων με μέγεθος μονάδας 1,75 mm είναι 249.033, ο αριθμός των μονάδων με μέγεθος μονάδας 2 mm είναι 307.969, ο αριθμός των μονάδων με μέγεθος μονάδας 2,25 mm είναι 421.406 και ο αριθμός των μονάδων με μέγεθος μονάδας 2 ,5 mm 564 940 αντίστοιχα.Επιπλέον, στο παράδειγμα ενός στριμμένου σωλήνα 90°, ο αριθμός στοιχείων με μέγεθος στοιχείου 1,75 mm είναι 245.531, ο αριθμός στοιχείων με μέγεθος στοιχείου 2 mm είναι 311.584, ο αριθμός στοιχείων με μέγεθος στοιχείου 2,25 mm είναι 422.708 και ο αριθμός των στοιχείων με μέγεθος στοιχείου 2,5 mm είναι αντίστοιχα 573.826.Η ακρίβεια των ενδείξεων θερμικών ιδιοτήτων όπως (Tout, htc και Nuavg) αυξάνεται καθώς μειώνεται ο αριθμός των στοιχείων.Ταυτόχρονα, η ακρίβεια των τιμών του συντελεστή τριβής και της πτώσης πίεσης παρουσίασε εντελώς διαφορετική συμπεριφορά (Εικ. 2).Το πλέγμα (2) χρησιμοποιήθηκε ως η κύρια περιοχή πλέγματος για την αξιολόγηση των θερμοϋδραυλικών χαρακτηριστικών στην προσομοιωμένη περίπτωση.
Δοκιμή απόδοσης μεταφοράς θερμότητας και πτώσης πίεσης ανεξάρτητα από το πλέγμα χρησιμοποιώντας ζεύγη σωλήνων DW στριμμένα στις 45° και 90°.
Τα παρόντα αριθμητικά αποτελέσματα έχουν επικυρωθεί για την απόδοση μεταφοράς θερμότητας και τον συντελεστή τριβής χρησιμοποιώντας γνωστές εμπειρικές συσχετίσεις και εξισώσεις όπως Dittus-Belter, Petukhov, Gnelinsky, Notter-Rouse και Blasius.Η σύγκριση πραγματοποιήθηκε υπό την συνθήκη 7000≤Re≤17000.Σύμφωνα με το σχ.3, ο μέσος όρος και ο μέγιστος αριθμός σφαλμάτων μεταξύ των αποτελεσμάτων της προσομοίωσης και της εξίσωσης μεταφοράς θερμότητας είναι 4.050 και 5.490% (Dittus-Belter), 9.736 και 11.33% (Petukhov), 4.007 και 7.483% (Gnelinsky) και 3.883% (4% και 7). Nott-Belter).Τριαντάφυλλο).Σε αυτήν την περίπτωση, ο μέσος και ο μέγιστος όρος σφαλμάτων μεταξύ των αποτελεσμάτων της προσομοίωσης και της εξίσωσης του συντελεστή τριβής είναι 7,346% και 8,039% (Blasius) και 8,117% και 9,002% (Petukhov), αντίστοιχα.
Μεταφορά θερμότητας και υδροδυναμικές ιδιότητες του DW σε διάφορους αριθμούς Reynolds με χρήση αριθμητικών υπολογισμών και εμπειρικών συσχετίσεων.
Αυτή η ενότητα συζητά τις θερμικές ιδιότητες των μη ομοιοπολικών (LNP-SDBS) και των ομοιοπολικών (LNP-COOH) υδατικών νανορευστών σε τρία διαφορετικά κλάσματα μάζας και τους αριθμούς Reynolds ως μέσους όρους σε σχέση με το βασικό ρευστό (DW).Δύο γεωμετρίες περιελιγμένων ιμάντα εναλλάκτη θερμότητας (γωνία έλικας 45° και 90°) συζητούνται για 7000 ≤ Re ≤ 17000. Στο Σχ.Το 4 δείχνει τη μέση θερμοκρασία στην έξοδο του νανορευστού στο βασικό ρευστό (DW) (\(\frac{{{T}_{out}}_{NFs}}{{{T}_{out}}_{ DW } } \) ) σε (0,025% κ.β., 0,05% κ.β. και 0,1% κ.β.).(\(\frac{{{T}_{out}}_{NFs}}{{{T}_{out}}_{DW}}\)) είναι πάντα μικρότερη από 1, πράγμα που σημαίνει ότι η θερμοκρασία εξόδου είναι μη ομοιοπολικά (VNP-SDBS) και τα ομοιοπολικά (VNP-COOH) νανορευστά είναι κάτω από τη θερμοκρασία στην έξοδο του βασικού υγρού.Οι χαμηλότερες και υψηλότερες μειώσεις ήταν 0,1 wt%-COOH@GNP και 0,1 wt%-SDBS@GNP, αντίστοιχα.Αυτό το φαινόμενο οφείλεται στην αύξηση του αριθμού Reynolds σε ένα σταθερό κλάσμα μάζας, που οδηγεί σε αλλαγή των ιδιοτήτων του νανορευστού (δηλαδή της πυκνότητας και του δυναμικού ιξώδους).
Τα Σχήματα 5 και 6 δείχνουν τα μέσα χαρακτηριστικά μεταφοράς θερμότητας του νανορευστού στο βασικό ρευστό (DW) σε (0,025 wt.%, 0.05 wt.% και 0.1 wt.%).Οι μέσες ιδιότητες μεταφοράς θερμότητας είναι πάντα μεγαλύτερες από 1, πράγμα που σημαίνει ότι οι ιδιότητες μεταφοράς θερμότητας των μη ομοιοπολικών (LNP-SDBS) και των ομοιοπολικών (LNP-COOH) νανορευστών ενισχύονται σε σύγκριση με το βασικό ρευστό.0,1 wt%-COOH@GNPs και 0,1wt%-SDBS@GNPs πέτυχαν το χαμηλότερο και το υψηλότερο κέρδος, αντίστοιχα.Όταν ο αριθμός Reynolds αυξάνεται λόγω μεγαλύτερης ανάμειξης ρευστού και αναταράξεων στον σωλήνα 1, η απόδοση μεταφοράς θερμότητας βελτιώνεται.Τα υγρά μέσα από μικρά διάκενα φτάνουν σε υψηλότερες ταχύτητες, με αποτέλεσμα ένα λεπτότερο οριακό στρώμα ταχύτητας/θερμότητας, το οποίο αυξάνει τον ρυθμό μεταφοράς θερμότητας.Η προσθήκη περισσότερων νανοσωματιδίων στο βασικό ρευστό μπορεί να έχει θετικά και αρνητικά αποτελέσματα.Τα ευεργετικά αποτελέσματα περιλαμβάνουν αυξημένες συγκρούσεις νανοσωματιδίων, ευνοϊκές απαιτήσεις θερμικής αγωγιμότητας ρευστού και βελτιωμένη μεταφορά θερμότητας.
Συντελεστής μεταφοράς θερμότητας του νανορευστού στο βασικό ρευστό ανάλογα με τον αριθμό Reynolds για σωλήνες 45° και 90°.
Ταυτόχρονα, αρνητικό αποτέλεσμα είναι η αύξηση του δυναμικού ιξώδους του νανορευστού, το οποίο μειώνει την κινητικότητα του νανορευστού, μειώνοντας έτσι τον μέσο αριθμό Nusselt (Nuavg).Η αυξημένη θερμική αγωγιμότητα των νανορευστών (ZNP-SDBS@DW) και (ZNP-COOH@DW) θα πρέπει να οφείλεται στην κίνηση Brown και στη μικροαγωγιμότητα των νανοσωματιδίων γραφενίου που αιωρούνται στο DW37.Η θερμική αγωγιμότητα του νανορευστού (ZNP-COOH@DV) είναι υψηλότερη από αυτή του νανορευστού (ZNP-SDBS@DV) και του απεσταγμένου νερού.Η προσθήκη περισσότερων νανοϋλικών στο βασικό ρευστό αυξάνει τη θερμική τους αγωγιμότητα (Πίνακας 1)38.
Το Σχήμα 7 απεικονίζει τον μέσο συντελεστή τριβής των νανορευστών με το βασικό ρευστό (DW) (f(NFs)/f(DW)) σε ποσοστό μάζας (0,025%, 0,05% και 0,1%).Ο μέσος συντελεστής τριβής είναι πάντα ≈1, που σημαίνει ότι τα μη ομοιοπολικά (GNF-SDBS@DW) και τα ομοιοπολικά (GNF-COOH@DW) νανορευστά έχουν τον ίδιο συντελεστή τριβής με το βασικό ρευστό.Ένας εναλλάκτης θερμότητας με λιγότερο χώρο δημιουργεί περισσότερο εμπόδιο ροής και αυξάνει την τριβή ροής1.Βασικά, ο συντελεστής τριβής αυξάνεται ελαφρώς με την αύξηση του κλάσματος μάζας του νανορευστού.Οι μεγαλύτερες απώλειες τριβής προκαλούνται από το αυξημένο δυναμικό ιξώδες του νανορευστού και την αυξημένη διατμητική τάση στην επιφάνεια με υψηλότερο ποσοστό μάζας νανογραφενίου στο βασικό ρευστό.Ο Πίνακας (1) δείχνει ότι το δυναμικό ιξώδες του νανορευστού (ZNP-SDBS@DV) είναι υψηλότερο από αυτό του νανορευστού (ZNP-COOH@DV) στο ίδιο ποσοστό βάρους, το οποίο σχετίζεται με την προσθήκη επιφανειακών φαινομένων.ενεργούς παράγοντες σε ένα μη ομοιοπολικό νανορευστό.
Στο σχ.Το 8 δείχνει νανορευστό σε σύγκριση με το βασικό ρευστό (DW) (\(\frac{{\Delta P}_{NFs}}{{\Delta P}_{DW}}\)) σε (0,025%, 0,05% και 0,1% ).Το μη ομοιοπολικό (GNPs-SDBS@DW) νανορευστό παρουσίασε υψηλότερη μέση απώλεια πίεσης και με αύξηση στο ποσοστό μάζας στο 2,04% για 0,025% κ.β., 2,46% για 0,05% κ.β.και 3,44% για 0,1% κ.β.με μεγέθυνση θήκης (γωνία έλικας 45° και 90°).Εν τω μεταξύ, το νανορευστό (GNPs-COOH@DW) παρουσίασε χαμηλότερη μέση απώλεια πίεσης, αυξανόμενη από 1,31% στο 0,025% κατά βάρος.έως 1,65% σε 0,05% κ.β.Η μέση απώλεια πίεσης 0,05 wt.%-COOH@NP και 0,1 wt.%-COOH@NP είναι 1,65%.Όπως φαίνεται, η πτώση πίεσης αυξάνεται με την αύξηση του αριθμού Re σε όλες τις περιπτώσεις.Μια αυξημένη πτώση πίεσης σε υψηλές τιμές Re υποδηλώνεται από μια άμεση εξάρτηση από τη ροή όγκου.Επομένως, ένας υψηλότερος αριθμός Re στο σωλήνα οδηγεί σε μεγαλύτερη πτώση πίεσης, η οποία απαιτεί αύξηση της ισχύος της αντλίας39,40.Επιπλέον, οι απώλειες πίεσης είναι υψηλότερες λόγω της υψηλότερης έντασης των δίνων και των στροβιλισμών που δημιουργούνται από τη μεγαλύτερη επιφάνεια, η οποία αυξάνει την αλληλεπίδραση των δυνάμεων πίεσης και αδράνειας στο οριακό στρώμα1.
Γενικά, τα κριτήρια αξιολόγησης απόδοσης (PEC) για μη ομοιοπολικά (VNP-SDBS@DW) και ομοιοπολικά (VNP-COOH@DW) νανορευστά φαίνονται στα Σχ.9. Το νανορευστό (ZNP-SDBS@DV) έδειξε υψηλότερες τιμές PEC από το (ZNP-COOH@DV) και στις δύο περιπτώσεις (γωνία έλικας 45° και 90°) και βελτιώθηκε αυξάνοντας το κλάσμα μάζας, για παράδειγμα, 0,025 wt.%.είναι 1,17, 0,05 wt.% είναι 1,19 και 0,1 wt.% είναι 1,26.Εν τω μεταξύ, οι τιμές PEC με χρήση νανορευστών (GNPs-COOH@DW) ήταν 1,02 για 0,025 wt%, 1,05 για 0,05 wt%, 1,05 για 0,1 wt%.και στις δύο περιπτώσεις (γωνία έλικας 45° και 90°).1.02.Κατά κανόνα, με την αύξηση του αριθμού Reynolds, η θερμική-υδραυλική απόδοση μειώνεται σημαντικά.Καθώς ο αριθμός Reynolds αυξάνεται, η μείωση του συντελεστή θερμικής-υδραυλικής απόδοσης συσχετίζεται συστηματικά με αύξηση (NuNFs/NuDW) και μείωση (fNFs/fDW).
Υδροθερμικές ιδιότητες των νανορευστών σε σχέση με τα βασικά ρευστά ανάλογα με τους αριθμούς Reynolds για σωλήνες με γωνίες 45° και 90°.
Αυτή η ενότητα συζητά τις θερμικές ιδιότητες του νερού (DW), των μη ομοιοπολικών (VNP-SDBS@DW) και των ομοιοπολικών (VNP-COOH@DW) νανορευστών σε τρεις διαφορετικές συγκεντρώσεις μάζας και αριθμούς Reynolds.Εξετάστηκαν δύο γεωμετρίες εναλλάκτη θερμότητας με περιελιγμένο ιμάντα στην περιοχή 7000 ≤ Re ≤ 17000 σε σχέση με τους συμβατικούς σωλήνες (γωνίες έλικας 45° και 90°) για την αξιολόγηση της μέσης θερμικής-υδραυλικής απόδοσης.Στο σχ.Το 10 δείχνει τη θερμοκρασία του νερού και των νανορευστών στην έξοδο ως μέσο όρο χρησιμοποιώντας (γωνία έλικα 45° και 90°) για έναν κοινό σωλήνα (\(\frac{{{T}_{out}}_{Twisted}}{{ {T} _{έξω}}_{Κανονικό}}\)).Τα μη ομοιοπολικά (GNP-SDBS@DW) και τα ομοιοπολικά (GNP-COOH@DW) νανορευστά έχουν τρία διαφορετικά κλάσματα βάρους όπως 0,025 wt%, 0,05 wt% και 0,1 wt%.Όπως φαίνεται στο σχ.11, η μέση τιμή της θερμοκρασίας εξόδου (\(\frac{{{T}_{out}}_{Twisted}}{{{T}_{out}}_{Plain}}\)) > 1, υποδεικνύοντας ότι (γωνία έλικας 45° και 90°) η θερμοκρασία στην έξοδο του εναλλάκτη θερμότητας είναι πιο σημαντική από αυτή ενός συμβατικού σωλήνα, λόγω της μεγαλύτερης έντασης στροβιλισμού και της καλύτερης ανάμειξης του υγρού.Επιπλέον, η θερμοκρασία στην έξοδο του DW, των μη ομοιοπολικών και των ομοιοπολικών νανορευστών μειώθηκε με την αύξηση του αριθμού Reynolds.Το βασικό υγρό (DW) έχει την υψηλότερη μέση θερμοκρασία εξόδου.Εν τω μεταξύ, η χαμηλότερη τιμή αναφέρεται σε 0,1 wt%-SDBS@GNP.Τα μη ομοιοπολικά (GNPs-SDBS@DW) νανορευστά παρουσίασαν χαμηλότερη μέση θερμοκρασία εξόδου σε σύγκριση με τα ομοιοπολικά (GNPs-COOH@DW) νανορευστά.Δεδομένου ότι η στριμμένη ταινία κάνει το πεδίο ροής πιο μικτό, η ροή θερμότητας κοντά στο τοίχωμα μπορεί να περάσει πιο εύκολα μέσα από το υγρό, αυξάνοντας τη συνολική θερμοκρασία.Μια χαμηλότερη αναλογία περιστροφής προς ταινία έχει ως αποτέλεσμα καλύτερη διείσδυση και, επομένως, καλύτερη μεταφορά θερμότητας.Από την άλλη πλευρά, μπορεί να φανεί ότι η τυλιγμένη ταινία διατηρεί χαμηλότερη θερμοκρασία στον τοίχο, η οποία με τη σειρά της αυξάνει το Nuavg.Για ένθετα στριμμένης ταινίας, μια υψηλότερη τιμή Nuavg υποδηλώνει βελτιωμένη μεταφορά θερμότητας μέσω μεταφοράς εντός του σωλήνα22.Λόγω της αυξημένης διαδρομής ροής και της πρόσθετης ανάμειξης και αναταράξεων, ο χρόνος παραμονής αυξάνεται, με αποτέλεσμα την αύξηση της θερμοκρασίας του υγρού στην έξοδο41.
Αριθμός Reynolds διαφόρων νανορευστών σε σχέση με τη θερμοκρασία εξόδου των συμβατικών σωλήνων (γωνίες έλικας 45° και 90°).
Συντελεστές μεταφοράς θερμότητας (γωνία έλικας 45° και 90°) έναντι αριθμών Reynolds για διάφορα νανορευστά σε σύγκριση με τους συμβατικούς σωλήνες.
Ο κύριος μηχανισμός της βελτιωμένης μεταφοράς θερμότητας περιελιγμένης ταινίας είναι ο εξής: 1. Η μείωση της υδραυλικής διαμέτρου του σωλήνα ανταλλαγής θερμότητας οδηγεί σε αύξηση της ταχύτητας ροής και της καμπυλότητας, η οποία με τη σειρά της αυξάνει την τάση διάτμησης στον τοίχο και προάγει τη δευτερεύουσα κίνηση.2. Λόγω της απόφραξης της ταινίας περιέλιξης, η ταχύτητα στο τοίχωμα του σωλήνα αυξάνεται και το πάχος του οριακού στρώματος μειώνεται.3. Η σπειροειδής ροή πίσω από τον στριμμένο ιμάντα οδηγεί σε αύξηση της ταχύτητας.4. Οι επαγόμενες δίνες βελτιώνουν την ανάμειξη ρευστού μεταξύ των κεντρικών και πλησίον του τοιχώματος περιοχές της ροής42.Στο σχ.11 και εικ.Το 12 δείχνει τις ιδιότητες μεταφοράς θερμότητας του DW και των νανορευστών, για παράδειγμα (συντελεστής μεταφοράς θερμότητας και μέσος αριθμός Nusselt) ως μέσοι όροι που χρησιμοποιούν σωλήνες εισαγωγής στριμμένης ταινίας σε σύγκριση με τους συμβατικούς σωλήνες.Τα μη ομοιοπολικά (GNP-SDBS@DW) και τα ομοιοπολικά (GNP-COOH@DW) νανορευστά έχουν τρία διαφορετικά κλάσματα βάρους όπως 0,025 wt%, 0,05 wt% και 0,1 wt%.Και στους δύο εναλλάκτες θερμότητας (γωνία έλικας 45° και 90°) η μέση απόδοση μεταφοράς θερμότητας είναι >1, υποδηλώνοντας βελτίωση του συντελεστή μεταφοράς θερμότητας και του μέσου αριθμού Nusselt με περιελιγμένους σωλήνες σε σύγκριση με τους συμβατικούς σωλήνες.Τα μη ομοιοπολικά (GNPs-SDBS@DW) νανορευστά παρουσίασαν υψηλότερη μέση βελτίωση της μεταφοράς θερμότητας από τα ομοιοπολικά (GNPs-COOH@DW) νανορευστά.Στο Re = 900, η ​​βελτίωση κατά 0,1 wt% στην απόδοση μεταφοράς θερμότητας -SDBS@GNPs για τους δύο εναλλάκτες θερμότητας (γωνία έλικας 45° και 90°) ήταν η υψηλότερη με τιμή 1,90.Αυτό σημαίνει ότι το ομοιόμορφο φαινόμενο TP είναι πιο σημαντικό σε χαμηλότερες ταχύτητες ρευστού (αριθμός Reynolds)43 και αυξανόμενη ένταση αναταράξεων.Λόγω της εισαγωγής πολλαπλών στροβιλισμών, ο συντελεστής μεταφοράς θερμότητας και ο μέσος αριθμός Nusselt των σωλήνων ΤΤ είναι υψηλότεροι από τους συμβατικούς σωλήνες, με αποτέλεσμα ένα λεπτότερο οριακό στρώμα.Η παρουσία HP αυξάνει την ένταση των αναταράξεων, την ανάμειξη των ροών του ρευστού εργασίας και τη βελτιωμένη μεταφορά θερμότητας σε σύγκριση με τους σωλήνες βάσης (χωρίς να εισάγεται στριμμένη ταινία)21.
Μέσος αριθμός Nusselt (γωνία έλικας 45° και 90°) έναντι αριθμού Reynolds για διάφορα νανορευστά σε σύγκριση με τους συμβατικούς σωλήνες.
Τα σχήματα 13 και 14 δείχνουν τον μέσο συντελεστή τριβής (\(\frac{{f}_{Twisted}}{{f}_{Plain}}\)) και την απώλεια πίεσης (\(\frac{{\Delta P} _ {Twisted}}{{\Delta P}_{Plain}}\}} περίπου 45° και 90° για συμβατικούς σωλήνες που χρησιμοποιούν νανορευστά DW, (GNPs-SDBS@DW) και (GNPs-COOH@DW) ο εναλλάκτης ιόντων περιέχει ( 0,025 wt %, 0,05 wt % και 0,1 wt %). { {f}_{Plain} }\)) και απώλεια πίεσης (\(\frac{{ \Delta P}_{Twisted}}{{\Delta P }_{Απλό}}\}) μείωση. περιπτώσεις, ο συντελεστής τριβής και η απώλεια πίεσης είναι υψηλότερες σε χαμηλότερους αριθμούς Reynolds Ο μέσος συντελεστής τριβής και η απώλεια πίεσης είναι μεταξύ 3,78 και 3,12 Ο μέσος συντελεστής τριβής και η απώλεια πίεσης δείχνουν ότι (έλικα 45° γωνία και 90°) ο εναλλάκτης θερμότητας κοστίζει τρεις φορές υψηλότερο από τους συμβατικούς σωλήνες.Επιπλέον, όταν το ρευστό εργασίας ρέει με μεγαλύτερη ταχύτητα, ο συντελεστής τριβής μειώνεται. Το πρόβλημα προκύπτει επειδή καθώς αυξάνεται ο αριθμός Reynolds, το πάχος του οριακού στρώματος μειώνεται, γεγονός που οδηγεί σε μείωση της επίδρασης του δυναμικού ιξώδους στην πληγείσα περιοχή, μείωση των βαθμίδων ταχύτητας και των τάσεων διάτμησης και, κατά συνέπεια, μείωση του συντελεστή τριβής21.Το βελτιωμένο αποτέλεσμα μπλοκαρίσματος λόγω της παρουσίας TT και της αυξημένης περιδίνησης έχει ως αποτέλεσμα σημαντικά υψηλότερες απώλειες πίεσης για ετερογενείς σωλήνες ΤΤ από ό,τι για σωλήνες βάσης.Επιπλέον, τόσο για τον σωλήνα βάσης όσο και για τον σωλήνα ΤΤ, φαίνεται ότι η πτώση πίεσης αυξάνεται με την ταχύτητα του ρευστού εργασίας43.
Συντελεστής τριβής (γωνία έλικας 45° και 90°) έναντι αριθμού Reynolds για διάφορα νανορευστά σε σύγκριση με τους συμβατικούς σωλήνες.
Απώλεια πίεσης (γωνία έλικας 45° και 90°) ως συνάρτηση του αριθμού Reynolds για διάφορα νανορευστά σε σχέση με έναν συμβατικό σωλήνα.
Συνοπτικά, το σχήμα 15 δείχνει κριτήρια αξιολόγησης απόδοσης (PEC) για εναλλάκτες θερμότητας με γωνίες 45° και 90° σε σύγκριση με απλούς σωλήνες (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}} \ ) σε (0,025 wt.%, 0.05 wt.% και 0.1 wt.%) χρησιμοποιώντας DV, (VNP-SDBS@DV) και ομοιοπολικά (VNP-COOH@DV) νανορευστά.Η τιμή (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) > 1 και στις δύο περιπτώσεις (γωνία έλικας 45° και 90°) στον εναλλάκτη θερμότητας.Επιπλέον, το (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) φτάνει στην καλύτερη τιμή του σε Re = 11.000.Ο εναλλάκτης θερμότητας 90° παρουσιάζει μια ελαφρά αύξηση στο (\ (\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) σε σύγκριση με έναν εναλλάκτη θερμότητας 45°., Σε Re = 11.000 0,1 wt%-GNPs@SDBS αντιπροσωπεύει υψηλότερες (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) τιμές, π.χ. 1,25 για γωνία εναλλάκτη θερμότητας 45° και 1,27 για γωνιακό εναλλάκτη θερμότητας 90°.Είναι μεγαλύτερο από ένα σε όλα τα ποσοστά του κλάσματος μάζας, πράγμα που δείχνει ότι οι σωλήνες με στριμμένα ένθετα ταινίας είναι ανώτεροι από τους συμβατικούς σωλήνες.Συγκεκριμένα, η βελτιωμένη μεταφορά θερμότητας που παρέχεται από τα ένθετα ταινίας είχε ως αποτέλεσμα σημαντική αύξηση των απωλειών τριβής22.
Κριτήρια απόδοσης για τον αριθμό Reynolds των διαφόρων νανορευστών σε σχέση με τους συμβατικούς σωλήνες (γωνία έλικας 45° και 90°).
Το Παράρτημα Α δείχνει βελτιστοποιήσεις για εναλλάκτες θερμότητας 45° και 90° σε Re = 7000 χρησιμοποιώντας DW, 0,1 wt%-GNP-SDBS@DW και 0,1 wt%-GNP-COOH@DW.Οι γραμμές ροής στο εγκάρσιο επίπεδο είναι το πιο εντυπωσιακό χαρακτηριστικό της επίδρασης των στριμμένων ενθέτων κορδέλας στην κύρια ροή.Η χρήση εναλλάκτη θερμότητας 45° και 90° δείχνει ότι η ταχύτητα στην περιοχή κοντά στο τοίχωμα είναι περίπου η ίδια.Εν τω μεταξύ, το Παράρτημα Β δείχνει τα περιγράμματα ταχύτητας για εναλλάκτες θερμότητας 45° και 90° σε Re = 7000 χρησιμοποιώντας DW, 0,1 wt%-GNP-SDBS@DW και 0,1 wt%-GNP-COOH@DW.Οι βρόχοι ταχύτητας βρίσκονται σε τρεις διαφορετικές θέσεις (φέτες), για παράδειγμα, Plain-1 (P1 = −30mm), Plain-4 (P4 = 60mm) και Plain-7 (P7 = 150mm).Η ταχύτητα ροής κοντά στο τοίχωμα του σωλήνα είναι η χαμηλότερη και η ταχύτητα του ρευστού αυξάνεται προς το κέντρο του σωλήνα.Επιπλέον, όταν διέρχεται από τον αγωγό αέρα, αυξάνεται η περιοχή των χαμηλών ταχυτήτων κοντά στον τοίχο.Αυτό οφείλεται στην ανάπτυξη του υδροδυναμικού οριακού στρώματος, το οποίο αυξάνει το πάχος της περιοχής χαμηλής ταχύτητας κοντά στον τοίχο.Επιπλέον, η αύξηση του αριθμού Reynolds αυξάνει το συνολικό επίπεδο ταχύτητας σε όλες τις διατομές, μειώνοντας έτσι το πάχος της περιοχής χαμηλής ταχύτητας στο κανάλι39.
Ομοιοπολικά και μη ομοιοπολικά λειτουργοποιημένα νανοφύλλα γραφενίου αξιολογήθηκαν σε ένθετα στριμμένης ταινίας με γωνίες έλικας 45° και 90°.Ο εναλλάκτης θερμότητας επιλύεται αριθμητικά χρησιμοποιώντας το μοντέλο αναταράξεων SST k-ωμέγα στα 7000 ≤ Re ≤ 17000. Οι θερμοφυσικές ιδιότητες υπολογίζονται σε Tin = 308 K. Ταυτόχρονα θερμαίνετε το τοίχωμα του συνεστραμμένου σωλήνα σε σταθερή θερμοκρασία 330 K. COOH@DV) αραιώθηκε σε τρεις ποσότητες μάζας, για παράδειγμα (0,025 wt.%, 0.05 wt.% και 0.1 wt.%).Η τρέχουσα μελέτη εξέτασε έξι βασικούς παράγοντες: θερμοκρασία εξόδου, συντελεστής μεταφοράς θερμότητας, μέσος αριθμός Nusselt, συντελεστής τριβής, απώλεια πίεσης και κριτήρια αξιολόγησης απόδοσης.Εδώ είναι τα κύρια ευρήματα:
Η μέση θερμοκρασία εξόδου (\({{T}_{out}}_{Nanofluids}\)/\({{T}_{out}}_{Basefluid}\)) είναι πάντα μικρότερη από 1, πράγμα που σημαίνει ότι non-spread Η θερμοκρασία εξόδου των νανορευστών σθένους (ZNP-SDBS@DV) και ομοιοπολικών (ZNP-COOH@DV) είναι χαμηλότερη από αυτή του βασικού υγρού.Εν τω μεταξύ, η μέση θερμοκρασία εξόδου (\({T}_{out}}_{Twisted}\)/\({{T}_{out}}_{Plain}\)) τιμή > 1, που υποδεικνύει την γεγονός ότι (γωνία έλικας 45° και 90°) η θερμοκρασία εξόδου είναι υψηλότερη από ό,τι με τους συμβατικούς σωλήνες.
Και στις δύο περιπτώσεις, οι μέσες τιμές των ιδιοτήτων μεταφοράς θερμότητας (νανορευστό/ρευστό βάσης) και (στριμμένος σωλήνας/κανονικός σωλήνας) δείχνουν πάντα >1.Τα μη ομοιοπολικά (GNPs-SDBS@DW) νανορευστά παρουσίασαν υψηλότερη μέση αύξηση στη μεταφορά θερμότητας, που αντιστοιχεί στα ομοιοπολικά (GNPs-COOH@DW) νανορευστά.
Ο μέσος συντελεστής τριβής (\({f}_{Nanofluids}/{f}_{Basefluid}\)) των μη ομοιοπολικών (VNP-SDBS@DW) και των ομοιοπολικών (VNP-COOH@DW) νανορευστών είναι πάντα ≈1 .τριβή μη ομοιοπολικών (ZNP-SDBS@DV) και ομοιοπολικών (ZNP-COOH@DV) νανορευστών (\({f}_{Twisted}/{f}_{Plain}\)) για πάντα > 3.
Και στις δύο περιπτώσεις (γωνία έλικας 45° και 90°), τα νανορευστά (GNPs-SDBS@DW) εμφανίστηκαν υψηλότερα (\({\Δέλτα P}_{Νανόρευστα}/{\Δέλτα P}_{Βασικό ρευστό}\)) 0,025 wt .% για 2,04%, 0,05 wt.% για 2,46% και 0,1 wt.% για 3,44%.Εν τω μεταξύ, τα νανορευστά (GNPs-COOH@DW) έδειξαν χαμηλότερα (\({\Delta P}_{Nanofluids}/{\Delta P}_{Basefluid}\)) από 1,31% για 0,025 wt.% σε 1,65% είναι 0,05 % κατά βάρος.Επιπλέον, η μέση απώλεια πίεσης (\({\Delta P}_{Twisted}/{\Delta P}_{Plain}\) μη ομοιοπολικής (GNPs-SDBS@DW) και ομοιοπολικής (GNPs-COOH@DW ))) νανορευστά πάντα >3.
Και στις δύο περιπτώσεις (γωνίες έλικας 45° και 90°), τα νανορευστά (GNPs-SDBS@DW) έδειξαν υψηλότερη τιμή (\({PEC}_{Nanofluids}/{PEC} _{Basefluid}\)) @DW τιμή) , π.χ. 0,025 wt.% – 1,17, 0,05 wt.% – 1,19, 0,1 wt.% – 1,26.Σε αυτήν την περίπτωση, οι τιμές του (\({PEC}_{Nanofluids}/{PEC}_{Basefluid}\)) με χρήση νανορευστών (GNPs-COOH@DW) είναι 1,02 για 0,025 wt.%, 1,05 για 0 , 05 wt.% και 1,02 είναι 0,1% κατά βάρος.Επιπλέον, σε Re = 11.000, το 0,1 wt%-GNPs@SDBS έδειξε υψηλότερες τιμές (\({PEC}_{Twisted}/{PEC}_{Plain}\)), όπως 1,25 για γωνία έλικας 45° και γωνία έλικας 90° 1,27.
Thianpong, C. et αϊ.Βελτιστοποίηση πολλαπλών χρήσεων της ροής νανορευστού διοξειδίου του τιτανίου/νερού στον εναλλάκτη θερμότητας, ενισχυμένη από στριμμένα ένθετα ταινίας με πτερύγια δέλτα.εσωτερική J. Hot.η επιστήμη.172, 107318 (2022).
Langerudi, HG and Jawaerde, C. Πειραματική μελέτη της ροής μη Νευτώνειου ρευστού σε φυσούνες που εισάγονται με τυπικές και σχήματος V στριμμένες ταινίες.Μεταφορά θερμότητας και μάζας 55, 937–951 (2019).
Dong, Χ. et αϊ.Πειραματική μελέτη των χαρακτηριστικών μεταφοράς θερμότητας και της αντίστασης ροής ενός σπειροειδούς σπειροειδούς σωληνοειδούς εναλλάκτη θερμότητας [J].Θερμοκρασία εφαρμογής.έργο.176, 115397 (2020).
Yongsiri, K., Eiamsa-Ard, P., Wongcharee, K. & Eiamsa-Ard, SJCS Βελτιωμένη μεταφορά θερμότητας σε τυρβώδη ροή καναλιού με λοξά διαχωριστικά πτερύγια.επίκαιρη έρευνα.θερμοκρασία.έργο.3, 1–10 (2014).