Nature.com'u ziyaret ettiğiniz için teşekkür ederiz.Sınırlı CSS desteğine sahip bir tarayıcı sürümü kullanıyorsunuz.En iyi deneyim için güncellenmiş bir tarayıcı kullanmanızı (veya Internet Explorer'da Uyumluluk Modunu devre dışı bırakmanızı) öneririz.Ayrıca sürekli desteği sağlamak için siteyi stiller ve JavaScript olmadan gösteriyoruz.
Slayt başına üç makale gösteren kaydırıcılar.Slaytlar arasında ilerlemek için geri ve ileri düğmelerini veya her slaytta ilerlemek için sondaki slayt denetleyici düğmelerini kullanın.
Çin'de 304 10*1mm Paslanmaz çelik sarmal boru
Boyut: 3/4 inç, 1/2 inç, 1 inç, 3 inç, 2 inç
Birim Boru Uzunluğu: 6 metre
Çelik Sınıfı: 201, 304 VE 316
Sınıf: 201, 202, 304, 316, 304L, 316 L,
Malzeme: Paslanmaz Çelik
Durum: Yeni
Paslanmaz Çelik Boru Bobini
Boyut: 3/4 inç, 1/2 inç, 1 inç, 3 inç, 2 inç
Birim Boru Uzunluğu: 6 metre
Çelik Sınıfı: 201, 304 VE 316
Sınıf: 201, 202, 304, 316, 304L, 316 L,
Malzeme: Paslanmaz Çelik
Durum: Yeni
Kovalent ve kovalent olmayan nanoakışkanlar, 45° ve 90° sarmal açılarına sahip bükülmüş bant uçları ile donatılmış yuvarlak tüplerde test edildi.Reynolds sayısı 7000 ≤ Re ≤ 17000 olup, termofiziksel özellikler 308 K'de değerlendirilmiştir. Fiziksel model, iki parametreli türbülanslı viskozite modeli (SST k-omega türbülansı) kullanılarak sayısal olarak çözülür.Çalışmada ZNP-SDBS@DV ve ZNP-COOH@DV nanoakışkanlarının konsantrasyonları (ağırlıkça %0,025, ağırlıkça %0,05 ve ağırlıkça %0,1) dikkate alınmıştır.Bükülmüş boruların duvarları 330 K sabit sıcaklıkta ısıtılmaktadır. Mevcut çalışmada altı parametre dikkate alınmıştır: çıkış sıcaklığı, ısı transfer katsayısı, ortalama Nusselt sayısı, sürtünme katsayısı, basınç kaybı ve performans değerlendirme kriterleri.Her iki durumda da (helis açısı 45° ve 90°), ZNP-SDBS@DV nanoakışkanı, ZNP-COOH@DV'den daha yüksek termal-hidrolik özellikler gösterdi ve kütle fraksiyonunun artmasıyla arttı, örneğin ağırlıkça %0,025.ve ağırlıkça 0,05.1.19'dur.% ve ağırlıkça %1,26 – 0,1.Her iki durumda da (sarmal açısı 45° ve 90°), GNP-COOH@DW kullanıldığında termodinamik özelliklerin değerleri ağırlıkça %0,025 için 1,02, ağırlıkça %0,05 için 1,05'tir.ve ağırlıkça %0,1 için 1,02.
Isı eşanjörü, soğutma ve ısıtma işlemleri sırasında ısıyı aktarmak için kullanılan termodinamik bir cihazdır (1).Isı değiştiricinin termal-hidrolik özellikleri, ısı transfer katsayısını iyileştirir ve çalışma akışkanının direncini azaltır.Türbülans artırıcılar2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 ve nanoakışkanlar12,13,14,15 dahil olmak üzere ısı transferini iyileştirmek için çeşitli yöntemler geliştirilmiştir.Bükümlü bant yerleştirme, bakım kolaylığı ve düşük maliyeti nedeniyle ısı eşanjörlerinde ısı transferini iyileştirmede en başarılı yöntemlerden biridir7,16.
Bir dizi deneysel ve hesaplamalı çalışmada, nanoakışkanlar ve bükülmüş bant ara parçalarına sahip ısı değiştiricilerin karışımlarının hidrotermal özellikleri incelenmiştir.Deneysel bir çalışmada, üç farklı metalik nanoakışkanın (Ag@DW, Fe@DW ve Cu@DW) hidrotermal özellikleri iğne bükümlü bant (STT) ısı değiştiricide incelenmiştir17.Taban borusuyla karşılaştırıldığında STT'nin ısı transfer katsayısı %11 ve %67 oranında iyileştirilmiştir.SST düzeni, α = β = 0,33 parametresiyle verimlilik açısından ekonomik açıdan en iyisidir.Ayrıca Ag@DW ile n'de %18,2'lik bir artış gözlendi, ancak basınç kaybındaki maksimum artış yalnızca %8,5 oldu.Sarmal türbülatörlü ve sarmalsız eşmerkezli borularda ısı transferi ve basınç kaybının fiziksel süreçleri, Al2O3@DW nanoakışkanın zorlanmış konveksiyonlu türbülanslı akışları kullanılarak incelenmiştir.Maksimum ortalama Nusselt sayısı (Nuavg) ve basınç kaybı, bobin aralığı = 25 mm ve Al2O3@DW nanoakışkanı hacimce %1,6 olduğunda Re = 20.000'de gözlemlenir.WC ekleri olan neredeyse dairesel tüplerden akan grafen oksit nanoakışkanlarının (GO@DW) ısı transferi ve basınç kaybı özelliklerini incelemek için laboratuvar çalışmaları da yapılmıştır.Sonuçlar hacimce %0,12-GO@DW'nin konvektif ısı transfer katsayısını yaklaşık %77 artırdığını gösterdi.Başka bir deneysel çalışmada, bükülmüş bant ara parçaları20ile donatılmış çukurlu tüplerin termal-hidrolik özelliklerini incelemek için nanoakışkanlar (TiO2@DW) geliştirildi.1,258'lik maksimum hidrotermal verim, 3,0 bükülme faktörü ile 45° eğimli şaftlara gömülü hacimce %0,15 -TiO2@DW kullanılarak elde edildi.Tek fazlı ve iki fazlı (hibrit) simülasyon modelleri, CuO@DW nanoakışkanlarının çeşitli katı konsantrasyonlarında (%1-4 hacim)21 akışını ve ısı transferini hesaba katar.Tek bükümlü bantla takılan bir tüpün maksimum termal verimliliği 2,18'dir ve aynı koşullar altında iki bükümlü bantla takılan tüpün maksimum termal verimliliği 2,04'tür (iki fazlı model, Re = 36.000 ve %4 hacim).Ana borularda ve bükülmüş uçlu borularda karboksimetil selülozun (CMC) ve bakır oksidin (CuO) Newton olmayan türbülanslı nanoakışkan akışı incelenmiştir.Nuavg %16,1 (ana boru hattı için) ve %60 ((H/D = 5) oranına sahip sarmal boru hattı için) iyileşme göstermektedir.Genellikle daha düşük bir büküm-şerit oranı, daha yüksek bir sürtünme katsayısı ile sonuçlanır.Deneysel bir çalışmada, CuO@DW nanoakışkanları kullanılarak bükümlü bantlı (TT) ve bobinli (VC) boruların ısı transferi ve sürtünme katsayısı özelliklerine etkisi incelenmiştir.0,3 hacim kullanarak.Re = 20.000'de %-CuO@DW, VK-2 borusundaki ısı transferinin maksimum %44,45 değerine çıkarılmasını mümkün kılar.Ayrıca aynı sınır koşulları altında bükümlü çift kablo ve bobin ek parçası kullanıldığında sürtünme katsayısı DW'ye kıyasla 1,17 ve 1,19 kat artar.Genel olarak bobinlere yerleştirilen nanoakışkanların ısıl verimliliği, çok damarlı tellere yerleştirilen nanoakışkanlardan daha iyidir.Türbülanslı (MWCNT@DW) nanoakışkan akışının hacimsel karakteristiği, spiral bir telin içine yerleştirilmiş yatay bir tüp içinde incelenmiştir.Termal performans parametreleri tüm durumlar için > 1 olmuştur; bu, nanoakışkanların bobin eki ile kombinasyonunun, pompa gücünü tüketmeden ısı transferini iyileştirdiğini göstermektedir.Özetçe — Modifiye edilmiş bükülmüş-bükülmüş V-şekilli banttan (VcTT) yapılmış çeşitli eklentilere sahip iki borulu bir ısı değiştiricinin hidrotermal özellikleri, Al2O3 + TiO2@DW nanoakışkanın türbülanslı akışı koşulları altında incelenmiştir.Taban borularındaki DW ile karşılaştırıldığında Nuavg %132'lik önemli bir iyileşmeye ve %55'e varan sürtünme katsayısına sahiptir.Ayrıca Al2O3+TiO2@DW nanokompozitinin iki borulu bir ısı değiştiricideki26 enerji verimliliği tartışılmıştır.Çalışmalarında Al2O3 + TiO2@DW ve TT kullanımının DW'ye kıyasla ekserji verimliliğini arttırdığını bulmuşlardır.Singh ve Sarkar27, VcTT türbülatörlü eşmerkezli boru şeklindeki ısı eşanjörlerinde faz değişim malzemeleri (PCM), dağılmış tek/nanokompozit nanoakışkanlar (PCM ve Al2O3 + PCM ile Al2O3@DW) kullanmışlardır.Bükülme katsayısı azaldıkça ve nanopartikül konsantrasyonu arttıkça ısı transferinin ve basınç kaybının arttığını bildirmişlerdir.Daha büyük bir V-çentik derinlik faktörü veya daha küçük bir genişlik faktörü, daha fazla ısı transferi ve basınç kaybı sağlayabilir.Ek olarak, 2-TT28 eklentili tüplerde ısı, sürtünme ve genel entropi üretim oranını araştırmak için grafen-platin (Gr-Pt) kullanılmıştır.Çalışmaları, (Gr-Pt)'nin daha küçük bir yüzdesinin, nispeten daha yüksek sürtünme entropisi gelişimine kıyasla ısı entropi oluşumunu önemli ölçüde azalttığını gösterdi.Karışık Al2O3@MgO nanoakışkanları ve konik WC, iyi bir karışım olarak kabul edilebilir, çünkü artan bir oran (h/Δp), iki borulu bir ısı değiştiricinin 29 hidrotermal performansını geliştirebilir.DW30'da asılı çeşitli üç parçalı hibrit nanoakışkanlara (THNF) (Al2O3 + grafen + MWCNT) sahip ısı değiştiricilerin enerji tasarrufu ve çevresel performansını değerlendirmek için sayısal bir model kullanılmıştır.1,42–2,35 aralığındaki Performans Değerlendirme Kriterleri (PEC) nedeniyle, Bastırılmış Bükümlü Türbülizatör Ek Parçası (DTTI) ve (Al2O3 + Grafen + MWCNT) kombinasyonu gereklidir.
Şimdiye kadar, termal akışkanlarda hidrodinamik akışta kovalent ve kovalent olmayan işlevselleştirmenin rolüne çok az önem verilmiştir.Bu çalışmanın özel amacı, 45° ve 90° sarmal açılarına sahip bükülmüş bant uçlarındaki nanoakışkanların (ZNP-SDBS@DV) ve (ZNP-COOH@DV) termal-hidrolik özelliklerini karşılaştırmaktı.Termofiziksel özellikler Kalay = 308 K'da ölçülmüştür. Bu durumda, karşılaştırma sürecinde (ağırlıkça %0,025, ağırlıkça %0,05 ve ağırlıkça %0,1) gibi üç kütle fraksiyonu dikkate alınmıştır.3 boyutlu türbülanslı akış modelindeki (SST k-ω) kayma gerilimi aktarımı, termal-hidrolik özellikleri çözmek için kullanılır.Dolayısıyla, bu çalışma, bu tür mühendislik sistemlerinde gerçek çalışma akışkanlarının termal-hidrolik özelliklerini ve optimizasyonunu göstererek, pozitif özelliklerin (ısı transferi) ve negatif özelliklerin (sürtünme üzerindeki basınç düşüşü) incelenmesine önemli bir katkı sağlamaktadır.
Temel konfigürasyon pürüzsüz bir borudur (L = 900 mm ve Dh = 20 mm).Takılı bükümlü bant boyutları (uzunluk = 20 mm, kalınlık = 0,5 mm, profil = 30 mm).Bu durumda spiral profilin uzunluğu, genişliği ve stroku sırasıyla 20 mm, 0,5 mm ve 30 mm olmuştur.Bükümlü bantlar 45° ve 90° eğimlidir.Kalay = 308 K'de DW, kovalent olmayan nanoakışkanlar (GNF-SDBS@DW) ve kovalent nanoakışkanlar (GNF-COOH@DW) gibi çeşitli çalışma akışkanları, üç farklı kütle konsantrasyonu ve farklı Reynolds sayıları.Testler ısı değiştiricinin içinde gerçekleştirildi.Spiral tüpün dış duvarı, ısı transferini iyileştirmeye yönelik parametreleri test etmek için 330 K sabit yüzey sıcaklığında ısıtıldı.
Şek.Şekil 1, uygulanabilir sınır koşullarına ve örgülü alana sahip bir bükülmüş bant yerleştirme tüpünü şematik olarak göstermektedir.Daha önce de belirtildiği gibi hız ve basınç sınır koşulları sarmalın giriş ve çıkış kısımlarına uygulanır.Sabit bir yüzey sıcaklığında boru duvarına kaymazlık koşulu uygulanır.Mevcut sayısal simülasyon, basınca dayalı bir çözüm kullanıyor.Aynı zamanda, kısmi bir diferansiyel denklemi (PDE) sonlu hacim yöntemini (FMM) kullanarak bir cebirsel denklemler sistemine dönüştürmek için bir program (ANSYS FLUENT 2020R1) kullanılır.İkinci dereceden SIMPLE yöntemi (sıralı basınca bağlı denklemler için yarı örtülü yöntem) hız-basınçla ilgilidir.Kütle, momentum ve enerji denklemleri için artıkların yakınsamasının sırasıyla 103 ve 106'dan küçük olduğu vurgulanmalıdır.
p Fiziksel ve hesaplamalı alanların diyagramı: (a) sarmal açısı 90°, (b) sarmal açısı 45°, (c) sarmal kanat yok.
Nanoakışkanların özelliklerini açıklamak için homojen bir model kullanılmıştır.Nanomateryallerin baz akışkana (DW) dahil edilmesiyle mükemmel termal özelliklere sahip sürekli bir akışkan oluşturulur.Bu bakımdan baz akışkanın ve nanomalzemenin sıcaklığı ve hızı aynı değere sahiptir.Yukarıdaki teoriler ve varsayımlar nedeniyle bu çalışmada verimli tek fazlı akış çalışmaktadır.Çeşitli çalışmalar nanoakışkan akış31,32için tek fazlı tekniklerin etkinliğini ve uygulanabilirliğini göstermiştir.
Nanoakışkanların akışı Newton tipi türbülanslı, sıkıştırılamaz ve durağan olmalıdır.Sıkıştırma işi ve viskoz ısıtma bu çalışmada konu dışıdır.Ayrıca borunun iç ve dış duvarlarının kalınlığı dikkate alınmaz.Bu nedenle termal modeli tanımlayan kütle, momentum ve enerji korunumu denklemleri şu şekilde ifade edilebilir:
burada \(\overrightarrow{V}\) ortalama hız vektörüdür, Keff = K + Kt kovalent ve kovalent olmayan nanoakışkanların etkin termal iletkenliğidir ve ε enerji dağılım hızıdır.Nanoakışkanların tabloda gösterilen yoğunluk (ρ), viskozite (μ), özgül ısı kapasitesi (Cp) ve ısıl iletkenlik (k) dahil etkili termofiziksel özellikleri, 308 K1 sıcaklıkta deneysel bir çalışma sırasında ölçülmüştür. bu simülatörlerde.
Geleneksel ve TT tüplerdeki türbülanslı nanoakışkan akışının sayısal simülasyonları, Reynolds sayıları 7000 ≤ Re ≤ 17000'de gerçekleştirildi. Bu simülasyonlar ve konvektif ısı transfer katsayıları, Reynolds türbülansı üzerinden ortalaması alınan Mentor'un κ-ω türbülans kayma gerilimi aktarımı (SST) türbülans modeli kullanılarak analiz edildi. aerodinamik araştırmalarda yaygın olarak kullanılan Navier-Stokes modeli.Ayrıca model, duvar işlevi olmadan çalışır ve duvarların yakınında hassastır 35,36.Türbülans modelinin (SST) κ-ω yönetici denklemleri aşağıdaki gibidir:
burada \(S\) gerinim oranının değeridir ve \(y\) bitişik yüzeye olan mesafedir.Bu arada, \({\alpha_{1}\), \({\alpha_{2}\), \({\beta_{1}\), \({\beta}{ 2 }\), \({\beta}^{*}\), \({\sigma__{{k__{1}}\), \({\sigma__{{k}__{ 2 }}\), \({\sigma_{{\omega_{1}}\) ve \({\sigma_{{\omega_{2}}\) tüm model sabitlerini belirtir.F1 ve F2 karma işlevlerdir.Not: Sınır katmanında F1 = 1, gelen akışta 0.
Performans değerlendirme parametreleri türbülanslı konvektif ısı transferini, kovalent ve kovalent olmayan nanoakışkan akışını incelemek için kullanılır, örneğin31:
Bu bağlamda yoğunluk, akışkan hızı için (\(\rho\)), (\(v\)), (\({D__{h}\)) ve (\(\mu\)) kullanılır. , hidrolik çap ve dinamik viskozite.(\({C__{p}\, \mathrm{u}\, k\)) – akan akışkanın spesifik ısı kapasitesi ve termal iletkenliği.Ayrıca, (\(\dot{m}\)) kütle akışını ifade eder ve (\({T_{out}-{T_{in}\)) giriş ve çıkış sıcaklık farkını ifade eder.(NF'ler) kovalent, kovalent olmayan nanoakışkanları ifade eder ve (DW) damıtılmış suyu (baz sıvı) ifade eder.\({A__{s} = \pi DL\), \({\overline{T}}__{f}=\frac{\left({T_{dışarı}-{T_{in) }\right)}{2}\) ve \({\overline{T}__{w}=\sum \frac{{T__{w}}{n}\).
Baz akışkanın (DW), kovalent olmayan nanoakışkanın (GNF-SDBS@DW) ve kovalent nanoakışkanın (GNF-COOH@DW) termofiziksel özellikleri yayınlanmış literatürden (deneysel çalışmalar) alınmıştır, Sn = 308 K, Tablo 134'te gösterilmektedir. Tipik bir kütle yüzdesine sahip kovalent olmayan (GNP-SDBS@DW) bir nanoakışkan elde etmek için yapılan bir deneyde, birincil GSMH'ların belirli gramları başlangıçta dijital bir terazide tartıldı.SDBS/yerli GSMH ağırlık oranı, DW cinsinden (0,5:1) ağırlıklandırılmıştır.Bu durumda, HNO3 ve H2SO4 hacim oranına sahip (1:3) kuvvetli asidik bir ortam kullanılarak GNP yüzeyine karboksil grupları eklenerek kovalent (COOH-GNP@DW) nanoakışkanlar sentezlendi.Kovalent ve kovalent olmayan nanoakışkanlar, ağırlıkça %0,025, ağırlıkça %0,05 gibi üç farklı ağırlık yüzdesinde DW içerisinde süspanse edildi.ve kütlenin %0,1'i.
Ağ boyutunun simülasyonu etkilemediğinden emin olmak için dört farklı hesaplama alanında ağ bağımsızlığı testleri gerçekleştirildi.45° torsiyon boru durumunda ünite boyutu 1,75 mm olan ünite sayısı 249.033, ünite boyutu 2 mm olan ünite sayısı 307.969, ünite boyutu 2,25 mm olan ünite sayısı 421.406, ünite boyutu 2 mm olan ünite sayısı ise 421.406'dır. ünite boyutu sırasıyla 2,5 mm 564 940 ile.Ayrıca 90° bükümlü boru örneğinde 1,75 mm eleman ölçüsüne sahip eleman sayısı 245.531, 2 mm eleman ölçüsüne sahip eleman sayısı 311.584, 2,25 mm eleman ölçüsüne sahip eleman sayısı 422.708 adet, eleman büyüklüğü 2,5 mm olan eleman sayısı ise 573.826 adettir.(Tout, htc ve Nuavg) gibi termal özellik okumalarının doğruluğu, eleman sayısı azaldıkça artar.Aynı zamanda sürtünme katsayısı ve basınç düşüşü değerlerinin doğruluğu tamamen farklı bir davranış gösterdi (Şekil 2).Simüle edilen durumda termal-hidrolik özellikleri değerlendirmek için ızgara (2), ana ızgara alanı olarak kullanıldı.
45° ve 90°'de bükülmüş DW tüp çiftleri kullanılarak ısı transferi ve basınç düşüşü performansının ağdan bağımsız olarak test edilmesi.
Mevcut sayısal sonuçlar, Dittus-Belter, Petukhov, Gnelinsky, Notter-Rouse ve Blasius gibi iyi bilinen ampirik korelasyonlar ve denklemler kullanılarak ısı transfer performansı ve sürtünme katsayısı açısından doğrulanmıştır.Karşılaştırma 7000≤Re≤17000 koşulu altında gerçekleştirildi.Şek.Şekil 3'te simülasyon sonuçları ile ısı transfer denklemi arasındaki ortalama ve maksimum hatalar %4,050 ve %5,490 (Dittus-Belter), %9,736 ve %11,33 (Petukhov), %4,007 ve %7,483 (Gnelinsky) ve %3,883 ve %4,937'dir ( Nott-Belter).Gül).Bu durumda simülasyon sonuçları ile sürtünme katsayısı denklemi arasındaki ortalama ve maksimum hatalar sırasıyla %7,346 ve %8,039 (Blasius) ve %8,117 ve %9,002'dir (Petukhov).
Sayısal hesaplamalar ve ampirik korelasyonlar kullanılarak çeşitli Reynolds sayılarında DW'nin ısı transferi ve hidrodinamik özellikleri.
Bu bölümde kovalent olmayan (LNP-SDBS) ve kovalent (LNP-COOH) sulu nanoakışkanların üç farklı kütle fraksiyonundaki termal özellikleri ve baz akışkana (DW) göre ortalama olarak Reynolds sayıları tartışılmaktadır.Sarmal kayışlı ısı değiştiricilerin iki geometrisi (helis açısı 45° ve 90°) 7000 ≤ Re ≤ 17000 için tartışılmıştır.Şekil 4, nanoakışkanın baz akışkana (DW) çıkışındaki ortalama sıcaklığı gösterir (\(\frac{{{T_{out}}_{NFs}}{{{T_{out}} _{ DW } } \) ) (ağırlıkça %0,025, ağırlıkça %0,05 ve ağırlıkça %0,1).(\(\frac{{{T_{out}}_{NFs}}{{{T_{out}}_{DW}}\)) her zaman 1'den küçüktür, bu da çıkış sıcaklığının olduğu anlamına gelir kovalent olmayan (VNP-SDBS) ve kovalent (VNP-COOH) nanoakışkanlar, baz sıvının çıkışındaki sıcaklığın altındadır.En düşük ve en yüksek azalmalar sırasıyla ağırlıkça %0,1 -COOH@GNP ve ağırlıkça %0,1 -SDBSGNP oldu.Bu fenomen, sabit bir kütle fraksiyonunda Reynolds sayısının artmasından kaynaklanmaktadır ve bu da nanoakışkanın özelliklerinde (yani yoğunluk ve dinamik viskozite) bir değişikliğe yol açmaktadır.
Şekil 5 ve 6, nanoakışkanın baz akışkana (DW) ortalama ısı transfer özelliklerini (ağırlıkça %0,025, ağırlıkça %0,05 ve ağırlıkça %0,1) göstermektedir.Ortalama ısı transfer özellikleri her zaman 1'den büyüktür; bu, kovalent olmayan (LNP-SDBS) ve kovalent (LNP-COOH) nanoakışkanların ısı transfer özelliklerinin baz akışkanla karşılaştırıldığında arttırıldığı anlamına gelir.Ağırlıkça %0,1 -COOH@GNP'ler ve ağırlıkça %0,1 -SDBS@GNP'ler sırasıyla en düşük ve en yüksek kazancı elde etti.Borudaki (1) daha fazla sıvı karışımı ve türbülansa bağlı olarak Reynolds sayısı arttığında, ısı transfer performansı artar.Küçük boşluklardan geçen akışkanlar daha yüksek hızlara ulaşır, bu da daha ince bir hız/ısı sınır tabakasıyla sonuçlanır, bu da ısı transfer hızını artırır.Baz sıvıya daha fazla nanopartikül eklenmesi hem olumlu hem de olumsuz sonuçlara yol açabilir.Yararlı etkiler arasında artan nanopartikül çarpışmaları, uygun akışkan termal iletkenlik gereksinimleri ve gelişmiş ısı transferi yer alır.
45° ve 90° tüpler için Reynolds sayısına bağlı olarak nanoakışkanın baz akışkana ısı transfer katsayısı.
Aynı zamanda negatif bir etki, nanoakışkanın dinamik viskozitesindeki artıştır, bu da nanoakışkanın hareketliliğini azaltır, dolayısıyla ortalama Nusselt sayısını (Nuavg) azaltır.Nanoakışkanların (ZNP-SDBS@DW) ve (ZNP-COOH@DW) artan termal iletkenliği, Brownian hareketinden ve DW37'de süspanse edilen grafen nanopartiküllerinin mikro taşınımından kaynaklanmalıdır.Nanoakışkanın (ZNP-COOH@DV) termal iletkenliği, nanoakışkanın (ZNP-SDBS@DV) ve damıtılmış suyunkinden daha yüksektir.Baz akışkana daha fazla nanomalzeme eklenmesi termal iletkenliklerini artırır (Tablo 1)38.
Şekil 7, kütle yüzdesi (%0,025, %0,05 ve %0,1) cinsinden nanoakışkanların baz akışkanla (DW) (f(NFs)/f(DW)) ortalama sürtünme katsayısını göstermektedir.Ortalama sürtünme katsayısı her zaman ≈1'dir; bu, kovalent olmayan (GNF-SDBS@DW) ve kovalent (GNF-COOH@DW) nanoakışkanların, baz akışkanla aynı sürtünme katsayısına sahip olduğu anlamına gelir.Daha az alana sahip bir ısı eşanjörü, daha fazla akış engeli oluşturur ve akış sürtünmesini artırır1.Temel olarak sürtünme katsayısı, nanoakışkanın kütle oranının artmasıyla birlikte hafifçe artar.Daha yüksek sürtünme kayıpları, nanoakışkanın artan dinamik viskozitesinden ve baz akışkandaki nanografenin kütle yüzdesinin daha yüksek olmasıyla yüzeydeki artan kayma geriliminden kaynaklanır.Tablo (1), nanoakışkanın (ZNP-SDBS@DV) dinamik viskozitesinin, aynı ağırlık yüzdesinde nanoakışkanınkinden (ZNP-COOH@DV) daha yüksek olduğunu gösterir; bu, yüzey etkilerinin eklenmesiyle ilişkilidir.kovalent olmayan bir nanoakışkan üzerindeki aktif maddeler.
Şek.Şekil 8, (%0,025, %0,05 ve %0,1) temel akışkanla (DW) (\(\frac{{\Delta P_{NFs}}{{\Delta P_{DW}}\)) karşılaştırıldığında nanoakışkanı göstermektedir. ).Kovalent olmayan (GNPs-SDBS@DW) nanoakışkan daha yüksek bir ortalama basınç kaybı gösterdi ve kütle yüzdesinde ağırlıkça %0,025 için %2,04'e, ağırlıkça %0,05 için %2,46'ya artış görüldü.ve ağırlıkça %0,1 için %3,44.kasa büyütmeli (helis açısı 45° ve 90°).Bu arada, nanoakışkan (GNPs-COOH@DW) ağırlıkça %0,025'te %1,31'den artan daha düşük bir ortalama basınç kaybı gösterdi.ağırlıkça %0,05'te %1,65'e kadar.Ağırlıkça %0,05 -COOH@NP ve ağırlıkça %0,1 -COOH@NP'nin ortalama basınç kaybı %1,65'tir.Görüldüğü gibi her durumda Re sayısı arttıkça basınç kaybı da artmaktadır.Yüksek Re değerlerinde artan basınç düşüşü, hacim akışına doğrudan bağımlılıkla gösterilir.Bu nedenle, tüpteki daha yüksek bir Re sayısı, daha yüksek bir basınç düşüşüne yol açar ve bu da pompa gücünde bir artış gerektirir39,40.Ek olarak, daha geniş yüzey alanı tarafından oluşturulan girdapların ve türbülansın yoğunluğunun daha yüksek olması nedeniyle basınç kayıpları daha yüksektir, bu da sınır tabakasında1 basınç ve atalet kuvvetlerinin etkileşimini artırır.
Genel olarak, kovalent olmayan (VNP-SDBS@DW) ve kovalent (VNP-COOH@DW) nanoakışkanlar için performans değerlendirme kriterleri (PEC), Şekil 2'de gösterilmektedir.9. Nanoakışkan (ZNP-SDBS@DV), her iki durumda da (ZNP-COOH@DV)'den daha yüksek PEC değerleri gösterdi (helis açısı 45° ve 90°) ve kütle fraksiyonu artırılarak iyileştirildi, örneğin 0,025 ağırlıkça %.1,17, ağırlıkça %0,05, 1,19 ve ağırlıkça %0,1, 1,26'dır.Bu arada, nanoakışkanlar (GNPs-COOH@DW) kullanan PEC değerleri ağırlıkça %0,025 için 1,02, ağırlıkça %0,05 için 1,05, ağırlıkça %0,1 için 1,05 idi.her iki durumda da (sarmal açısı 45° ve 90°).1.02.Kural olarak Reynolds sayısının artmasıyla termal-hidrolik verim önemli ölçüde azalır.Reynolds sayısı arttıkça, termal-hidrolik verimlilik katsayısındaki azalma sistematik olarak (NuNFs/NuDW) artışı ve (fNFs/fDW) azalmasıyla ilişkilendirilir.
45° ve 90° açılı tüpler için Reynolds sayılarına bağlı olarak baz akışkanlara göre nanoakışkanların hidrotermal özellikleri.
Bu bölümde su (DW), kovalent olmayan (VNP-SDBS@DW) ve kovalent (VNP-COOH@DW) nanoakışkanların üç farklı kütle konsantrasyonunda ve Reynolds sayılarında termal özellikleri tartışılmaktadır.Ortalama termal-hidrolik performansı değerlendirmek için geleneksel borulara göre (helis açıları 45° ve 90°) 7000 ≤ Re ≤ 17000 aralığında iki sarmal kayışlı ısı değiştirici geometrisi dikkate alınmıştır.Şek.Şekil 10, ortak bir boru için (helis açısı 45° ve 90°) kullanılarak çıkıştaki su ve nanoakışkanların sıcaklığını ortalama olarak göstermektedir (\(\frac{{{T_{out}}_{Bükümlü}}{{ {T} _{dışarı}__{Normal}}\)).Kovalent olmayan (GNP-SDBS@DW) ve kovalent (GNP-COOH@DW) nanoakışkanlar ağırlıkça %0,025, ağırlıkça %0,05 ve ağırlıkça %0,1 gibi üç farklı ağırlık fraksiyonuna sahiptir.Şekil 2'de gösterildiği gibi.11, çıkış sıcaklığının ortalama değeri (\(\frac{{{T} _ {dışarı} _ {Bükümlü}} {{{T _ {dışarı} _ {Düz}}\)) > 1, (45° ve 90° sarmal açısı) ısı eşanjörünün çıkışındaki sıcaklığın, türbülansın daha yoğun olması ve sıvının daha iyi karışması nedeniyle geleneksel bir boruya göre daha önemli olduğunu gösterir.Ayrıca DW, kovalent olmayan ve kovalent nanoakışkanların çıkışındaki sıcaklık, Reynolds sayısının artmasıyla azalmıştır.Baz akışkan (DW) en yüksek ortalama çıkış sıcaklığına sahiptir.Bu arada, en düşük değer ağırlıkça %0,1-SDBS@GNP'ye karşılık geliyor.Kovalent olmayan (GNPs-SDBS@DW) nanoakışkanlar, kovalent (GNPs-COOH@DW) nanoakışkanlara kıyasla daha düşük bir ortalama çıkış sıcaklığı gösterdi.Bükülmüş bant akış alanını daha karışık hale getirdiğinden, duvara yakın ısı akışı sıvının içinden daha kolay geçerek genel sıcaklığı artırabilir.Daha düşük bir büküm-bant oranı, daha iyi nüfuz etme ve dolayısıyla daha iyi ısı transferi ile sonuçlanır.Öte yandan, sarılmış bandın duvara karşı daha düşük bir sıcaklığı koruduğu ve bunun da Nuavg'ı arttırdığı görülebilir.Bükülmüş bant ekleri için daha yüksek bir Nuavg değeri, tüp22 içinde konvektif ısı transferinin arttığını gösterir.Artan akış yolu ve ilave karıştırma ve türbülans nedeniyle kalma süresi artar, bu da çıkıştaki sıvının sıcaklığının artmasına neden olur41.
Geleneksel tüplerin çıkış sıcaklığına (45° ve 90° sarmal açıları) göre çeşitli nanoakışkanların Reynolds sayıları.
Geleneksel tüplerle karşılaştırıldığında çeşitli nanoakışkanlar için Reynolds sayılarına karşı ısı transfer katsayıları (45° ve 90° sarmal açısı).
Geliştirilmiş sarmal bant ısı transferinin ana mekanizması aşağıdaki gibidir: 1. Isı değişim tüpünün hidrolik çapının azaltılması, akış hızı ve eğrilikte bir artışa yol açar, bu da duvardaki kayma gerilimini artırır ve ikincil hareketi teşvik eder.2. Sargı bandının tıkanması nedeniyle boru duvarındaki hız artar ve sınır tabakasının kalınlığı azalır.3. Bükümlü kayışın arkasındaki spiral akış hızın artmasına neden olur.4. İndüklenen girdaplar, akışın merkezi ve duvara yakın bölgeleri arasındaki sıvı karışımını iyileştirir42.Şek.11 ve Şek.Şekil 12, geleneksel tüplere kıyasla bükülmüş bant yerleştirme tüpleri kullanılarak ortalamalar olarak DW ve nanoakışkanların ısı transfer özelliklerini (ısı transfer katsayısı ve ortalama Nusselt sayısı) göstermektedir.Kovalent olmayan (GNP-SDBS@DW) ve kovalent (GNP-COOH@DW) nanoakışkanlar ağırlıkça %0,025, ağırlıkça %0,05 ve ağırlıkça %0,1 gibi üç farklı ağırlık fraksiyonuna sahiptir.Her iki ısı eşanjöründe de (45° ve 90° helis açısı) ortalama ısı transfer performansı >1'dir; bu, geleneksel borularla karşılaştırıldığında sarmal borularla ısı transfer katsayısında ve ortalama Nusselt sayısında bir iyileşme olduğunu gösterir.Kovalent olmayan (GNPs-SDBS@DW) nanoakışkanlar, kovalent (GNPs-COOH@DW) nanoakışkanlara göre daha yüksek ortalama ısı transfer iyileşmesi göstermiştir.Re = 900'de, iki ısı eşanjörü için (45° ve 90° helis açısı) ısı transfer performansındaki -SDBS@GNPs'deki ağırlıkça %0,1'lik iyileşme, 1,90 değeriyle en yüksek değerdi.Bu, tekdüze TP etkisinin düşük akışkan hızlarında (Reynolds sayısı)43 ve artan türbülans yoğunluğunda daha önemli olduğu anlamına gelir.Çoklu girdapların eklenmesi nedeniyle, TT tüplerinin ısı transfer katsayısı ve ortalama Nusselt sayısı geleneksel tüplerden daha yüksektir ve bu da daha ince bir sınır tabakasına neden olur.HP'nin varlığı türbülansın yoğunluğunu, çalışma sıvısı akışlarının karışmasını ve taban borularına kıyasla daha iyi ısı transferini artırır mı (bükülmüş-bükülmüş bant takılmadan)21.
Geleneksel tüplerle karşılaştırıldığında çeşitli nanoakışkanlar için ortalama Nusselt sayısı (helis açısı 45° ve 90°) ve Reynolds sayısı.
Şekil 13 ve 14, ortalama sürtünme katsayısını (\(\frac{{f__{Bükümlü}}{{f__{Düz}}\)) ve basınç kaybını (\(\frac{{\Delta P}) göstermektedir. _ {Bükümlü}}{{\Delta P}}}\}} DW nanoakışkanları kullanan geleneksel borular için yaklaşık 45° ve 90°, (GNPs-SDBS@DW) ve (GNPs-COOH@DW) iyon değiştirici içerir (ağırlıkça %0,025, ağırlıkça %0,05 ve ağırlıkça %0,1). { {f__{Düz} }\)) ve basınç kaybı (\(\frac{{ \Delta P_{Bükümlü}}{{\Delta P) _{Düz}}\}) azaldığı durumlarda sürtünme katsayısı ve basınç kaybı düşük Reynolds sayılarında daha yüksektir Ortalama sürtünme katsayısı ve basınç kaybı 3,78 ile 3,12 arasındadır Ortalama sürtünme katsayısı ve basınç kaybı şunu göstermektedir: (45° helis) açısı ve 90°) ısı değiştiricinin maliyeti geleneksel borulara göre üç kat daha yüksektir.Ayrıca çalışma akışkanı daha yüksek hızda aktığında sürtünme katsayısı azalır.Sorun ortaya çıkar çünkü Reynolds sayısı arttıkça sınır tabakasının kalınlığı artar. Bu da dinamik viskozitenin etkilenen alan üzerindeki etkisinde azalmaya, hız gradyanlarında ve kayma gerilmelerinde azalmaya ve dolayısıyla sürtünme katsayısında azalmaya yol açar21.TT'nin varlığı ve artan girdap nedeniyle iyileştirilmiş engelleme etkisi, heterojen TT boruları için taban borularına göre önemli ölçüde daha yüksek basınç kayıplarına neden olur.Ayrıca hem taban borusu hem de TT borusu için çalışma akışkanının hızıyla birlikte basınç düşüşünün de arttığı görülmektedir43.
Geleneksel tüplerle karşılaştırıldığında çeşitli nanoakışkanlar için sürtünme katsayısı (45° ve 90° helis açısı) ve Reynolds sayısı.
Geleneksel bir tüpe göre çeşitli nanoakışkanlar için Reynolds sayısının bir fonksiyonu olarak basınç kaybı (45° ve 90° sarmal açısı).
Özetle, Şekil 15'te 45° ve 90° açılı ısı eşanjörlerinin düz borululara kıyasla performans değerlendirme kriterleri (PEC) gösterilmektedir (\(\frac{{PEC_{Twisted}}{{PEC_{Plain}} \) )) (ağırlıkça %0,025, ağırlıkça %0,05 ve ağırlıkça %0,1) DV, (VNP-SDBS@DV) ve kovalent (VNP-COOH@DV) nanoakışkanları kullanılarak.Isı eşanjöründe her iki durumda da (45° ve 90° sarmal açısı) (\(\frac{{PEC_{Bükümlü}}{{PEC_{Düz}}\)) değeri > 1.Ek olarak, (\(\frac{{PEC_{Twisted}}{{PEC_{Plain}}\)) en iyi değerine Re = 11.000'de ulaşır.90°'lik ısı eşanjörü, 45°'lik bir ısı eşanjörüne kıyasla (\ (\frac{{PEC__{Twisted}}{{PEC__{Plain}}\)) değerinde hafif bir artış gösterir., Re = 11.000'de ağırlıkça %0,1-GNPs@SDBS daha yüksek (\(\frac{{PEC__{Twisted}}{{PEC__{Plain}}\)) değerleri temsil eder, örneğin 45° ısı eşanjörü köşesi için 1,25 ve 90° köşe ısı eşanjörü için 1,27.Kütle oranının tüm yüzdelerinde birden daha büyüktür; bu, bükülmüş bant ara parçalarına sahip boruların geleneksel borulardan daha üstün olduğunu gösterir.Özellikle, bant ek parçalarının sağladığı gelişmiş ısı transferi, sürtünme kayıplarında önemli bir artışa yol açmıştır22.
Geleneksel tüplere (45° ve 90° sarmal açısı) göre çeşitli nanoakışkanların Reynolds sayısı için verimlilik kriterleri.
Ek A, DW, ağırlıkça %0,1 -GNP-SDBS@DW ve ağırlıkça %0,1 -GNP-COOH@DW kullanan Re = 7000'deki 45° ve 90° ısı eşanjörleri için akış hatlarını gösterir.Enine düzlemdeki akım çizgileri, bükülmüş şerit eklerinin ana akış üzerindeki etkisinin en çarpıcı özelliğidir.45° ve 90° ısı değiştiricilerin kullanılması duvara yakın bölgedeki hızın yaklaşık olarak aynı olduğunu göstermektedir.Bu arada, Ek B, DW, ağırlıkça %0,1 -GNP-SDBS@DW ve ağırlıkça %0,1 -GNP-COOH@DW kullanılarak Re = 7000'deki 45° ve 90° ısı eşanjörleri için hız konturlarını göstermektedir.Hız döngüleri üç farklı konumdadır (dilimler), örneğin Düz-1 (P1 = −30mm), Düz-4 (P4 = 60mm) ve Düz-7 (P7 = 150mm).Boru duvarına yakın akış hızı en düşüktür ve akışkan hızı borunun merkezine doğru artar.Ayrıca hava kanalından geçerken duvar yakınında düşük hızların olduğu alan artar.Bunun nedeni, duvar yakınındaki düşük hız bölgesinin kalınlığını artıran hidrodinamik sınır tabakasının büyümesidir.Ayrıca Reynolds sayısının arttırılması tüm kesitlerde genel hız düzeyini artırmakta, dolayısıyla kanaldaki düşük hız bölgesinin kalınlığını azaltmaktadır39.
Kovalent ve kovalent olmayan şekilde işlevselleştirilmiş grafen nano tabakaları, 45° ve 90° sarmal açılarına sahip bükülmüş bant eklerinde değerlendirildi.Isı eşanjörü, 7000 ≤ Re ≤ 17000'de SST k-omega türbülans modeli kullanılarak sayısal olarak çözülür. Termofiziksel özellikler Kalay = 308 K'de hesaplanır. Bükülmüş tüp duvarını aynı anda 330 K sabit sıcaklıkta ısıtın. COOH@DV) örneğin üç kütlesel miktarda seyreltildi (ağırlıkça %0,025, ağırlıkça %0,05 ve ağırlıkça %0,1).Mevcut çalışmada altı ana faktör dikkate alınmıştır: çıkış sıcaklığı, ısı transfer katsayısı, ortalama Nusselt sayısı, sürtünme katsayısı, basınç kaybı ve performans değerlendirme kriterleri.İşte ana bulgular:
Ortalama çıkış sıcaklığı (\({{T} {out}} _{Nanofluids}\)/\({{T _ {out} _{Basefluid}\)) her zaman 1'den küçüktür; bu, şu anlama gelir: yayılmayan Değerlik (ZNP-SDBS@DV) ve kovalent (ZNP-COOH@DV) nanoakışkanların çıkış sıcaklığı, baz sıvınınkinden daha düşüktür.Bu arada, ortalama çıkış sıcaklığı (\({{T_{dışarı}} _{Bükümlü}\)/\({{T _{dışarı} _{Düz}\)) değeri> 1 olup, (45° ve 90° helis açısı) çıkış sıcaklığının geleneksel tüplere göre daha yüksek olduğu gerçeği.
Her iki durumda da ısı transfer özelliklerinin (nanoakışkan/baz akışkan) ve (bükülmüş boru/normal boru) ortalama değerleri her zaman >1 gösterir.Kovalent olmayan (GNPs-SDBS@DW) nanoakışkanlar, kovalent (GNPs-COOH@DW) nanoakışkanlara karşılık gelen ısı transferinde daha yüksek bir ortalama artış gösterdi.
Kovalent olmayan (VNP-SDBS@DW) ve kovalent (VNP-COOH@DW) nanoakışkanların ortalama sürtünme katsayısı (\({f__{Nanoakışkanlar}/{f__{Basefluid}\)) her zaman ≈1'dir .kovalent olmayan (ZNP-SDBS@DV) ve kovalent (ZNP-COOH@DV) nanoakışkanların sürtünmesi (\({f__{Bükümlü}/{f__{Düz}\)) her zaman > 3 için.
Her iki durumda da (45° ve 90° sarmal açısı), nanoakışkanlar (GNPs-SDBS@DW) daha yüksek değer gösterdi (\({\Delta P_{Nanoakışkanlar}/{\Delta P_{Basefluid}\)) 0,025 %2,04 için ağırlıkça %%, %2,46 için ağırlıkça %0,05 ve %3,44 için ağırlıkça %0,1.Bu arada, (GNPs-COOH@DW) nanoakışkanları, ağırlıkça %0,025 için %1,31'den %1,65'e, yani 0,05'e kadar daha düşük (\({\Delta P_{Nanofluids}/{\Delta P_{Basefluid}\)) gösterdi. ağırlıkça %.Ek olarak, kovalent olmayan (GNPs-SDBS@DW) ve kovalent (GNPs-COOH@DW)'nin ortalama basınç kaybı (\({\Delta P_{Bükümlü}/{\Delta P_{Düz}\) ))) nanoakışkanlar her zaman >3.
Her iki durumda da (45° ve 90° sarmal açıları), nanoakışkanlar (GNPs-SDBS@DW) daha yüksek bir (\({PEC__{Nanofluids}/{PEC} _{Basefluid}\)) @DW değeri) gösterdi. örneğin ağırlıkça %0,025 – 1,17, ağırlıkça %0,05 – 1,19, ağırlıkça %0,1 – 1,26.Bu durumda (GNPs-COOH@DW) nanoakışkanları kullanan (\({PEC_{Nanoakışkanlar}/{PEC_{Basefluid}\)) değerleri ağırlıkça %0,025 için 1,02, 0 için 1,05'tir. , ağırlıkça 05% ve 1,02 ağırlıkça %0,1'dir.Ek olarak, Re = 11.000'de, ağırlıkça %0,1 -GNPs@SDBS, 45° sarmal açısı için 1,25 gibi daha yüksek değerler (\({PEC_{Bükümlü}/{PEC_{Düz}\)) gösterdi ve 90° helis açısı 1,27.
Thianpong, C. ve diğerleri.Isı eşanjöründeki nanoakışkan titanyum dioksit/su akışının çok amaçlı optimizasyonu, delta kanatlı bükülmüş bant ek parçalarıyla güçlendirilmiştir.dahili J. Sıcak.Bilim.172, 107318 (2022).
Langerudi, HG ve Jawaerde, C. Tipik ve V şeklinde bükülmüş bantlarla yerleştirilen körüklerdeki Newtonyen olmayan sıvı akışının deneysel çalışması.Isı ve Kütle Transferi 55, 937–951 (2019).
Dong, X. ve ark.Spiral bükümlü borulu bir ısı değiştiricinin [J] ısı transfer özelliklerinin ve akış direncinin deneysel incelenmesi.Uygulama sıcaklığı.proje.176, 115397 (2020).
Yongsiri, K., Eiamsa-Ard, P., Wongcharee, K. & Eiamsa-Ard, SJCS Eğik ayırıcı kanatçıklarla türbülanslı kanal akışında iyileştirilmiş ısı transferi.güncel araştırma.sıcaklık.proje.3, 1–10 (2014).
Gönderim zamanı: Mar-17-2023