Bedankt voor uw bezoek aan Nature.com.U gebruikt een browserversie met beperkte CSS-ondersteuning.Voor de beste ervaring raden wij u aan een bijgewerkte browser te gebruiken (of de compatibiliteitsmodus in Internet Explorer uit te schakelen).Om voortdurende ondersteuning te garanderen, tonen we de site bovendien zonder stijlen en JavaScript.
Sliders met drie artikelen per dia.Gebruik de knoppen Vorige en Volgende om door de dia's te bladeren, of de knoppen op de schuifregelaar aan het einde om door elke dia te bladeren.
304 10 * 1 mm roestvrijstalen spiraalbuizen in China
Grootte: 3/4 inch, 1/2 inch, 1 inch, 3 inch, 2 inch
Eenheid Pijplengte: 6 meter
Staalsoort: 201, 304 EN 316
Kwaliteit: 201, 202, 304, 316, 304L, 316 L,
Materiaal: roestvrij staal
conditie: nieuw
Roestvrij stalen buisspiraal
Grootte: 3/4 inch, 1/2 inch, 1 inch, 3 inch, 2 inch
Eenheid Pijplengte: 6 meter
Staalsoort: 201, 304 EN 316
Kwaliteit: 201, 202, 304, 316, 304L, 316 L,
Materiaal: roestvrij staal
conditie: nieuw
Covalente en niet-covalente nanovloeistoffen werden getest in ronde buizen uitgerust met gedraaide tape-inzetstukken met helixhoeken van 45° en 90°.Het Reynoldsgetal was 7000 ≤ Re ≤ 17000, de thermofysische eigenschappen werden geëvalueerd bij 308 K. Het fysieke model wordt numeriek opgelost met behulp van een turbulente viscositeitsmodel met twee parameters (SST k-omega turbulentie).In het werk werd rekening gehouden met de concentraties (0,025 gew.%, 0,05 gew.% en 0,1 gew.%) van de nanovloeistoffen ZNP-SDBS@DV en ZNP-COOH@DV.De wanden van de gedraaide buizen worden verwarmd op een constante temperatuur van 330 K. In het huidige onderzoek zijn zes parameters in aanmerking genomen: uitlaattemperatuur, warmteoverdrachtscoëfficiënt, gemiddeld Nusseltgetal, wrijvingscoëfficiënt, drukverlies en prestatie-evaluatiecriteria.In beide gevallen (helixhoek van 45° en 90°) vertoonde de ZNP-SDBS@DV-nanovloeistof hogere thermisch-hydraulische eigenschappen dan ZNP-COOH@DV, en nam deze toe met toenemende massafractie, bijvoorbeeld 0,025 gew.en 0,05 gew.bedraagt 1,19.% en 1,26 – 0,1 gew.%.In beide gevallen (helixhoek 45° en 90°) zijn de waarden van de thermodynamische eigenschappen bij gebruik van GNP-COOH@DW 1,02 voor 0,025 gew.%, 1,05 voor 0,05 gew.%.en 1,02 voor 0,1 gew.%.
De warmtewisselaar is een thermodynamisch apparaat 1 dat wordt gebruikt om warmte over te dragen tijdens koel- en verwarmingswerkzaamheden.De thermisch-hydraulische eigenschappen van de warmtewisselaar verbeteren de warmteoverdrachtscoëfficiënt en verminderen de weerstand van de werkvloeistof.Er zijn verschillende methoden ontwikkeld om de warmteoverdracht te verbeteren, waaronder turbulentieversterkers2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 en nanovloeistoffen12,13,14,15.Het inbrengen van gedraaide tape is een van de meest succesvolle methoden om de warmteoverdracht in warmtewisselaars te verbeteren vanwege het onderhoudsgemak en de lage kosten7,16.
In een reeks experimentele en computationele studies werden de hydrothermische eigenschappen van mengsels van nanovloeistoffen en warmtewisselaars met gedraaide tape-inzetstukken bestudeerd.In een experimenteel werk werden de hydrothermische eigenschappen van drie verschillende metallische nanovloeistoffen (Ag@DW, Fe@DW en Cu@DW) bestudeerd in een warmtewisselaar met naaldgedraaide tape (STT)17.Vergeleken met de basisbuis is de warmteoverdrachtscoëfficiënt van STT verbeterd met 11% en 67%.De SST-indeling is vanuit economisch oogpunt het beste in termen van efficiëntie met de parameter α = β = 0,33.Bovendien werd een toename van 18,2% in n waargenomen met Ag@DW, hoewel de maximale toename in drukverlies slechts 8,5% bedroeg.De fysische processen van warmteoverdracht en drukverlies in concentrische pijpen met en zonder opgerolde turbulatoren werden bestudeerd met behulp van turbulente stromingen van Al2O3@DW nanovloeistof met geforceerde convectie.Het maximale gemiddelde Nusseltgetal (Nuavg) en drukverlies worden waargenomen bij Re = 20.000 wanneer de spoelafstand = 25 mm en Al2O3@DW nanovloeistof 1,6 vol.%.Er zijn ook laboratoriumstudies uitgevoerd om de warmteoverdrachts- en drukverlieskarakteristieken te bestuderen van grafeenoxide-nanovloeistoffen (GO@DW) die door bijna ronde buizen met WC-inzetstukken stromen.De resultaten toonden aan dat 0,12 vol%-GO@DW de convectieve warmteoverdrachtscoëfficiënt met ongeveer 77% verhoogde.In een ander experimenteel onderzoek werden nanovloeistoffen (TiO2@DW) ontwikkeld om de thermisch-hydraulische eigenschappen te bestuderen van buizen met kuiltjes voorzien van gedraaide tape-inzetstukken20.Het maximale hydrothermische rendement van 1,258 werd bereikt met behulp van 0,15 vol% TiO2@DW ingebed in 45° hellende schachten met een twistfactor van 3,0.Eenfasige en tweefasige (hybride) simulatiemodellen houden rekening met de stroming en warmteoverdracht van CuO@DW-nanovloeistoffen bij verschillende concentraties vaste stoffen (1-4% vol.%)21.Het maximale thermische rendement van een buis ingebracht met één gedraaide tape is 2,18, en een buis ingebracht met twee gedraaide tapes onder dezelfde omstandigheden is 2,04 (tweefasig model, Re = 36.000 en 4 vol.%).De niet-Newtoniaanse turbulente nanovloeistofstroom van carboxymethylcellulose (CMC) en koperoxide (CuO) in hoofdleidingen en leidingen met gedraaide inzetstukken is onderzocht.Nuavg laat een verbetering zien van 16,1% (voor de hoofdleiding) en 60% (voor de coiled pipeline met een verhouding van (H/D = 5)).Over het algemeen resulteert een lagere verhouding tussen twist en lint in een hogere wrijvingscoëfficiënt.In een experimenteel onderzoek werd het effect van buizen met gedraaide tape (TT) en spoelen (VC) op de eigenschappen van warmteoverdracht en wrijvingscoëfficiënt bestudeerd met behulp van CuO@DW-nanovloeistoffen.Gebruik 0,3 vol.%-CuO@DW bij Re = 20.000 maakt het mogelijk om de warmteoverdracht in de VK-2 leiding te verhogen tot een maximale waarde van 44,45%.Bovendien neemt bij gebruik van een twisted pair-kabel en een spoelinzet onder dezelfde randvoorwaarden de wrijvingscoëfficiënt toe met factoren van 1,17 en 1,19 vergeleken met DW.Over het algemeen is de thermische efficiëntie van nanovloeistoffen die in spoelen worden ingebracht beter dan die van nanovloeistoffen die in gestrande draden worden ingebracht.De volumetrische karakteristiek van een turbulente (MWCNT@DW) nanovloeistofstroom werd bestudeerd in een horizontale buis die in een spiraalvormige draad was gestoken.De thermische prestatieparameters waren> 1 voor alle gevallen, wat aangeeft dat de combinatie van nanofluïdica met het spoelinzetstuk de warmteoverdracht verbetert zonder pompvermogen te verbruiken.Samenvatting - De hydrothermische eigenschappen van een tweepijpswarmtewisselaar met verschillende inzetstukken gemaakt van een gemodificeerde, gedraaide, gedraaide V-vormige tape (VcTT) zijn bestudeerd onder omstandigheden van een turbulente stroming van de Al2O3 + TiO2@DW-nanovloeistof.Vergeleken met DW in basisbuizen heeft Nuavg een aanzienlijke verbetering van 132% en een wrijvingscoëfficiënt tot 55%.Daarnaast werd de energie-efficiëntie van het Al2O3+TiO2@DW nanocomposiet in een tweepijpswarmtewisselaar26 besproken.In hun onderzoek ontdekten ze dat het gebruik van Al2O3 + TiO2@DW en TT de exergie-efficiëntie verbeterde in vergelijking met DW.In concentrische buisvormige warmtewisselaars met VcTT-turbulatoren gebruikten Singh en Sarkar27 faseveranderingsmaterialen (PCM), gedispergeerde enkelvoudige/nanocomposiet nanovloeistoffen (Al2O3@DW met PCM en Al2O3 + PCM).Ze rapporteerden dat de warmteoverdracht en het drukverlies toenemen naarmate de twistcoëfficiënt afneemt en de concentratie van nanodeeltjes toeneemt.Een grotere V-kerfdieptefactor of een kleinere breedtefactor kan voor een grotere warmteoverdracht en drukverlies zorgen.Bovendien is grafeen-platina (Gr-Pt) gebruikt om warmte, wrijving en de algehele entropie-generatiesnelheid in buizen met 2-TT28-inzetstukken te onderzoeken.Hun onderzoek toonde aan dat een kleiner percentage (Gr-Pt) de productie van warmte-entropie aanzienlijk verminderde in vergelijking met een relatief hogere ontwikkeling van wrijvingsentropie.Gemengde Al2O3@MgO nanovloeistoffen en conische WC kunnen als een goed mengsel worden beschouwd, omdat een verhoogde verhouding (h/Δp) de hydrothermische prestaties van een warmtewisselaar met twee buizen kan verbeteren 29 .Een numeriek model wordt gebruikt om de energiebesparende en milieuprestaties van warmtewisselaars met verschillende driedelige hybride nanovloeistoffen (THNF) (Al2O3 + grafeen + MWCNT) gesuspendeerd in DW30 te evalueren.Vanwege de Performance Evaluation Criteria (PEC) in het bereik van 1,42–2,35 is een combinatie van Depressed Twisted Turbulizer Insert (DTTI) en (Al2O3 + Grafeen + MWCNT) vereist.
Tot nu toe is er weinig aandacht besteed aan de rol van covalente en niet-covalente functionaliteit in hydrodynamische stroming in thermische vloeistoffen.Het specifieke doel van deze studie was om de thermisch-hydraulische eigenschappen van nanovloeistoffen (ZNP-SDBS@DV) en (ZNP-COOH@DV) in gedraaide tape-inzetstukken met helixhoeken van 45° en 90° te vergelijken.De thermofysische eigenschappen werden gemeten bij Tin = 308 K. In dit geval werd bij het vergelijkingsproces rekening gehouden met drie massafracties, zoals (0,025 gew.%, 0,05 gew.% en 0,1 gew.%).De schuifspanningsoverdracht in het 3D turbulente stromingsmodel (SST k-ω) wordt gebruikt om de thermisch-hydraulische eigenschappen op te lossen.Deze studie levert dus een belangrijke bijdrage aan de studie van positieve eigenschappen (warmteoverdracht) en negatieve eigenschappen (drukval bij wrijving), waarbij de thermisch-hydraulische eigenschappen en optimalisatie van echte werkvloeistoffen in dergelijke technische systemen worden aangetoond.
De basisconfiguratie is een gladde buis (L = 900 mm en Dh = 20 mm).Afmetingen ingevoegde gedraaide tape (lengte = 20 mm, dikte = 0,5 mm, profiel = 30 mm).In dit geval waren de lengte, breedte en slag van het spiraalprofiel respectievelijk 20 mm, 0,5 mm en 30 mm.De gedraaide tapes hebben een hellingshoek van 45° en 90°.Verschillende werkvloeistoffen zoals DW, niet-covalente nanovloeistoffen (GNF-SDBS@DW) en covalente nanovloeistoffen (GNF-COOH@DW) bij Tin = 308 K, drie verschillende massaconcentraties en verschillende Reynoldsgetallen.De tests werden uitgevoerd in de warmtewisselaar.De buitenwand van de spiraalbuis werd verwarmd tot een constante oppervlaktetemperatuur van 330 K om de parameters voor het verbeteren van de warmteoverdracht te testen.
Op afb.1 toont schematisch een inbrengbuis voor gedraaide tape met toepasselijke randvoorwaarden en maaswijdte.Zoals eerder vermeld zijn snelheids- en drukrandvoorwaarden van toepassing op de inlaat- en uitlaatgedeelten van de helix.Bij een constante oppervlaktetemperatuur wordt een antisliptoestand aan de buiswand opgelegd.De huidige numerieke simulatie maakt gebruik van een op druk gebaseerde oplossing.Tegelijkertijd wordt een programma (ANSYS FLUENT 2020R1) gebruikt om een partiële differentiaalvergelijking (PDE) om te zetten in een systeem van algebraïsche vergelijkingen met behulp van de eindige volumemethode (FMM).De SIMPLE-methode van de tweede orde (semi-impliciete methode voor sequentiële drukafhankelijke vergelijkingen) houdt verband met snelheidsdruk.Benadrukt moet worden dat de convergentie van residuen voor de massa-, momentum- en energievergelijkingen kleiner is dan respectievelijk 103 en 106.
p Diagram van fysieke en computationele domeinen: (a) spiraalhoek 90°, (b) spiraalhoek 45°, (c) geen spiraalvormig blad.
Een homogeen model wordt gebruikt om de eigenschappen van nanovloeistoffen te verklaren.Door nanomaterialen in de basisvloeistof (DW) op te nemen, wordt een continue vloeistof met uitstekende thermische eigenschappen gevormd.In dit opzicht hebben de temperatuur en snelheid van de basisvloeistof en het nanomateriaal dezelfde waarde.Vanwege de bovenstaande theorieën en aannames werkt efficiënte eenfasige stroming in dit onderzoek.Verschillende onderzoeken hebben de effectiviteit en toepasbaarheid van enkelfasige technieken voor nanofluïdische stroming aangetoond.
De stroom van nanovloeistoffen moet Newtoniaans turbulent, onsamendrukbaar en stationair zijn.Compressiearbeid en stroperige verwarming zijn in dit onderzoek niet relevant.Bovendien wordt er geen rekening gehouden met de dikte van de binnen- en buitenwanden van de buis.Daarom kunnen de massa-, momentum- en energiebesparingsvergelijkingen die het thermische model definiëren als volgt worden uitgedrukt:
waarbij \(\overrightarrow{V}\) de gemiddelde snelheidsvector is, Keff = K + Kt de effectieve thermische geleidbaarheid van covalente en niet-covalente nanovloeistoffen is, en ε de energiedissipatiesnelheid is.De effectieve thermofysische eigenschappen van nanovloeistoffen, waaronder dichtheid (ρ), viscositeit (μ), soortelijke warmtecapaciteit (Cp) en thermische geleidbaarheid (k), weergegeven in de tabel, werden gemeten tijdens een experimenteel onderzoek bij een temperatuur van 308 K1 bij gebruik in deze simulatoren.
Numerieke simulaties van turbulente nanovloeistofstroming in conventionele en TT-buizen werden uitgevoerd bij Reynolds-getallen 7000 ≤ Re ≤ 17000. Deze simulaties en convectieve warmteoverdrachtscoëfficiënten werden geanalyseerd met behulp van Mentor's κ-ω turbulentiemodel van schuifspanningsoverdracht (SST), gemiddeld over de Reynolds-turbulentie. model Navier-Stokes, veel gebruikt in aerodynamisch onderzoek.Bovendien werkt het model zonder muurfunctie en is het nauwkeurig nabij muren 35,36.(SST) κ-ω die de vergelijkingen van het turbulentiemodel bepalen, zijn als volgt:
waarbij \(S\) de waarde van de reksnelheid is, en \(y\) de afstand tot het aangrenzende oppervlak.Ondertussen, \({\alpha}_{1}\), \({\alpha}_{2}\), \({\beta}_{1}\), \({\beta}_{ 2 }\), \({\beta}^{*}\), \({\sigma}_{{k}_{1}}\), \({\sigma}_{{k}_{ 2 }}\), \({\sigma}_{{\omega}_{1}}\) en \({\sigma}_{{\omega}_{2}}\) duiden alle modelconstanten aan.F1 en F2 zijn gemengde functies.Opmerking: F1 = 1 in de grenslaag, 0 in de tegemoetkomende stroom.
Prestatie-evaluatieparameters worden gebruikt om bijvoorbeeld turbulente convectieve warmteoverdracht, covalente en niet-covalente nanovloeistofstromingen te bestuderen31:
In deze context worden (\(\rho\)), (\(v\)), (\({D}_{h}\)) en (\(\mu\)) gebruikt voor dichtheid, vloeistofsnelheid , hydraulische diameter en dynamische viscositeit.(\({C}_{p}\, \mathrm{u}\, k\)) - specifieke warmtecapaciteit en thermische geleidbaarheid van de stromende vloeistof.Ook verwijst (\(\dot{m}\)) naar de massastroom, en (\({T}_{out}-{T}_{in}\)) verwijst naar het verschil in inlaat- en uitlaattemperatuur.(NFs) verwijst naar covalente, niet-covalente nanovloeistoffen, en (DW) verwijst naar gedestilleerd water (basisvloeistof).\({A}_{s} = \pi DL\), \({\overline{T}}_{f}=\frac{\left({T}_{uit}-{T}_{in }\right)}{2}\) en \({\overline{T}}_{w}=\sum \frac{{T}_{w}}{n}\).
De thermofysische eigenschappen van de basisvloeistof (DW), niet-covalente nanovloeistof (GNF-SDBS@DW) en covalente nanovloeistof (GNF-COOH@DW) zijn overgenomen uit de gepubliceerde literatuur (experimentele studies), Sn = 308 K, aangezien weergegeven in Tabel 134. In een typisch experiment om een niet-covalente (BNP-SDBS@DW) nanovloeistof met bekende massapercentages te verkrijgen, werden aanvankelijk bepaalde grammen primaire BNP's op een digitale balans gewogen.De gewichtsverhouding SDBS/inheems BNP is (0,5:1) gewogen in DW.In dit geval werden covalente (COOH-GNP@DW) nanovloeistoffen gesynthetiseerd door carboxylgroepen aan het oppervlak van het BNP toe te voegen met behulp van een sterk zuur medium met een volumeverhouding (1:3) van HNO3 en H2SO4.Covalente en niet-covalente nanovloeistoffen werden in DW gesuspendeerd met drie verschillende gewichtspercentages, zoals 0,025 gew.%, 0,05 gew.%.en 0,1% van de massa.
Mesh-onafhankelijkheidstests werden uitgevoerd in vier verschillende computerdomeinen om ervoor te zorgen dat de mesh-grootte de simulatie niet beïnvloedt.In het geval van een torsiebuis van 45° bedraagt het aantal units met unitgrootte 1,75 mm 249.033, het aantal units met unitgrootte 2 mm 307.969, het aantal units met unitgrootte 2,25 mm 421.406 en het aantal units met respectievelijk eenheidsgrootte 2,5 mm 564 940.Daarnaast is in het voorbeeld van een 90° gedraaide buis het aantal elementen met een elementmaat van 1,75 mm 245.531, het aantal elementen met een elementmaat van 2 mm 311.584, het aantal elementen met een elementmaat van 2,25 mm is 422.708, en het aantal elementen met een elementgrootte van 2,5 mm bedraagt respectievelijk 573.826.De nauwkeurigheid van metingen van thermische eigenschappen zoals (Tout, HTC en Nuavg) neemt toe naarmate het aantal elementen afneemt.Tegelijkertijd vertoonde de nauwkeurigheid van de waarden van de wrijvingscoëfficiënt en de drukval een heel ander gedrag (Fig. 2).Raster (2) werd gebruikt als het hoofdrastergebied om de thermisch-hydraulische eigenschappen in het gesimuleerde geval te evalueren.
Het testen van de prestaties van de warmteoverdracht en drukval onafhankelijk van gaas met behulp van paren DW-buizen die op 45° en 90° zijn gedraaid.
De huidige numerieke resultaten zijn gevalideerd voor de prestaties van de warmteoverdracht en de wrijvingscoëfficiënt met behulp van bekende empirische correlaties en vergelijkingen zoals Dittus-Belter, Petukhov, Gnelinsky, Notter-Rouse en Blasius.De vergelijking werd uitgevoerd onder de voorwaarde 7000≤Re≤17000.Volgens afb.3 zijn de gemiddelde en maximale fouten tussen de simulatieresultaten en de warmteoverdrachtsvergelijking 4,050 en 5,490% (Dittus-Belter), 9,736 en 11,33% (Petukhov), 4,007 en 7,483% (Gnelinsky), en 3,883% en 4,937% ( Nott-Belter).Roos).In dit geval bedragen de gemiddelde en maximale fouten tussen de simulatieresultaten en de wrijvingscoëfficiëntvergelijking respectievelijk 7,346% en 8,039% (Blasius) en 8,117% en 9,002% (Petukhov).
Warmteoverdracht en hydrodynamische eigenschappen van DW bij verschillende Reynoldsgetallen met behulp van numerieke berekeningen en empirische correlaties.
Deze sectie bespreekt de thermische eigenschappen van niet-covalente (LNP-SDBS) en covalente (LNP-COOH) waterige nanovloeistoffen bij drie verschillende massafracties en Reynoldsgetallen als gemiddelden ten opzichte van de basisvloeistof (DW).Er worden twee geometrieën van spiraalbandwarmtewisselaars (helixhoek 45° en 90°) besproken voor 7000 ≤ Re ≤ 17000. In Fig.Figuur 4 toont de gemiddelde temperatuur bij de uitgang van de nanovloeistof in de basisvloeistof (DW) (\(\frac{{{T}_{out}}_{NFs}}{{{T}_{out}}_{ DW } } \) ) bij (0,025 gew.%, 0,05 gew.% en 0,1 gew.%).(\(\frac{{{T}_{out}}_{NFs}}{{{T}_{out}}_{DW}}\)) is altijd kleiner dan 1, wat betekent dat de uitlaattemperatuur is niet-covalente (VNP-SDBS) en covalente (VNP-COOH) nanovloeistoffen liggen onder de temperatuur bij de uitlaat van de basisvloeistof.De laagste en hoogste reducties waren respectievelijk 0,1 gew.%-COOH@BNPs en 0,1 gew.%-SDBS@BNPs.Dit fenomeen is te wijten aan een toename van het Reynoldsgetal bij een constante massafractie, wat leidt tot een verandering in de eigenschappen van de nanovloeistof (dat wil zeggen dichtheid en dynamische viscositeit).
Figuren 5 en 6 tonen de gemiddelde warmteoverdrachtskarakteristieken van nanovloeistof naar basisvloeistof (DW) bij (0,025 gew.%, 0,05 gew.% en 0,1 gew.%).De gemiddelde warmteoverdrachtseigenschappen zijn altijd groter dan 1, wat betekent dat de warmteoverdrachtseigenschappen van niet-covalente (LNP-SDBS) en covalente (LNP-COOH) nanovloeistoffen verbeterd zijn in vergelijking met de basisvloeistof.0,1 gew.%-COOH@BNPs en 0,1 gew.%-SDBS@BNPs behaalden respectievelijk de laagste en de hoogste winst.Wanneer het Reynoldsgetal toeneemt als gevolg van grotere vloeistofmenging en turbulentie in de pijp 1, verbeteren de prestaties van de warmteoverdracht.Vloeistoffen door kleine openingen bereiken hogere snelheden, wat resulteert in een dunnere grenslaag tussen snelheid en warmte, waardoor de snelheid van de warmteoverdracht toeneemt.Het toevoegen van meer nanodeeltjes aan de basisvloeistof kan zowel positieve als negatieve resultaten opleveren.Gunstige effecten zijn onder meer de toegenomen botsingen tussen nanodeeltjes, gunstige eisen aan de thermische geleidbaarheid van vloeistoffen en verbeterde warmteoverdracht.
Warmteoverdrachtscoëfficiënt van nanovloeistof naar basisvloeistof afhankelijk van het Reynoldsgetal voor 45° en 90° buizen.
Tegelijkertijd is een negatief effect een toename van de dynamische viscositeit van de nanovloeistof, waardoor de mobiliteit van de nanovloeistof afneemt, waardoor het gemiddelde Nusseltgetal (Nuavg) afneemt.De verhoogde thermische geleidbaarheid van nanovloeistoffen (ZNP-SDBS@DW) en (ZNP-COOH@DW) zou het gevolg moeten zijn van Brownse beweging en microconvectie van grafeen-nanodeeltjes gesuspendeerd in DW37.De thermische geleidbaarheid van de nanovloeistof (ZNP-COOH@DV) is hoger dan die van de nanovloeistof (ZNP-SDBS@DV) en gedestilleerd water.Door meer nanomaterialen aan de basisvloeistof toe te voegen, wordt hun thermische geleidbaarheid vergroot (Tabel 1)38.
Figuur 7 illustreert de gemiddelde wrijvingscoëfficiënt van nanovloeistoffen met basisvloeistof (DW) (f(NFs)/f(DW)) in massapercentage (0,025%, 0,05% en 0,1%).De gemiddelde wrijvingscoëfficiënt is altijd ≈1, wat betekent dat niet-covalente (GNF-SDBS@DW) en covalente (GNF-COOH@DW) nanovloeistoffen dezelfde wrijvingscoëfficiënt hebben als de basisvloeistof.Een warmtewisselaar met minder ruimte zorgt voor meer stromingsobstructie en verhoogt de stromingswrijving1.Kortom, de wrijvingscoëfficiënt neemt enigszins toe met de toenemende massafractie van de nanovloeistof.De hogere wrijvingsverliezen worden veroorzaakt door de verhoogde dynamische viscositeit van de nanovloeistof en de verhoogde schuifspanning op het oppervlak met een hoger massapercentage nanografeen in de basisvloeistof.Tabel (1) laat zien dat de dynamische viscositeit van de nanovloeistof (ZNP-SDBS@DV) hoger is dan die van de nanovloeistof (ZNP-COOH@DV) bij hetzelfde gewichtspercentage, wat gepaard gaat met de toevoeging van oppervlakte-effecten.actieve stoffen op een niet-covalente nanovloeistof.
Op afb.Figuur 8 toont nanovloeistof vergeleken met basisvloeistof (DW) (\(\frac{{\Delta P}_{NFs}}{{\Delta P}_{DW}}\)) bij (0,025%, 0,05% en 0,1% ).De niet-covalente (GNPs-SDBS@DW) nanovloeistof vertoonde een hoger gemiddeld drukverlies, en met een toename van het massapercentage tot 2,04% voor 0,025% wt., 2,46% voor 0,05% wt.en 3,44% voor 0,1% gew.met kastvergroting (helixhoek 45° en 90°).Ondertussen vertoonde de nanovloeistof (BNPs-COOH@DW) een lager gemiddeld drukverlies, stijgend van 1,31% naar 0,025% gew.tot 1,65% bij 0,05% gew.Het gemiddelde drukverlies van 0,05 gew.%-COOH@NP en 0,1 gew.%-COOH@NP bedraagt 1,65%.Zoals te zien is, neemt de drukval in alle gevallen toe met toenemend Re-getal.Een verhoogde drukval bij hoge Re-waarden wordt aangegeven door een directe afhankelijkheid van de volumestroom.Daarom leidt een hoger Re-getal in de buis tot een hogere drukval, wat een toename van het pompvermogen vereist39,40.Bovendien zijn de drukverliezen groter vanwege de hogere intensiteit van wervels en turbulentie die worden gegenereerd door het grotere oppervlak, waardoor de interactie van druk- en traagheidskrachten in de grenslaag toeneemt.
In het algemeen worden prestatie-evaluatiecriteria (PEC) voor niet-covalente (VNP-SDBS@DW) en covalente (VNP-COOH@DW) nanovloeistoffen getoond in Fig.9. Nanovloeistof (ZNP-SDBS@DV) vertoonde in beide gevallen hogere PEC-waarden dan (ZNP-COOH@DV) (helixhoek 45° en 90°) en werd verbeterd door de massafractie te vergroten, bijvoorbeeld 0,025 gew.%.is 1,17, 0,05 gew.% is 1,19 en 0,1 gew.% is 1,26.Ondertussen waren de PEC-waarden met behulp van nanovloeistoffen (GNPs-COOH@DW) 1,02 voor 0,025 gew.%, 1,05 voor 0,05 gew.%, 1,05 voor 0,1 gew.%.in beide gevallen (spiraalhoek 45° en 90°).1.02.In de regel neemt bij een toename van het Reynoldsgetal het thermisch-hydraulische rendement aanzienlijk af.Naarmate het Reynoldsgetal toeneemt, wordt de afname van de thermisch-hydraulische efficiëntiecoëfficiënt systematisch geassocieerd met een toename van (NuNFs/NuDW) en een afname van (fNFs/fDW).
Hydrothermische eigenschappen van nanovloeistoffen met betrekking tot basisvloeistoffen afhankelijk van Reynolds-getallen voor buizen met hoeken van 45 ° en 90 °.
In deze sectie worden de thermische eigenschappen van water (DW), niet-covalente (VNP-SDBS@DW) en covalente (VNP-COOH@DW) nanovloeistoffen bij drie verschillende massaconcentraties en Reynoldsgetallen besproken.Er werd rekening gehouden met twee warmtewisselaargeometrieën met spiraalbanden in het bereik van 7000 ≤ Re ≤ 17000 ten opzichte van conventionele pijpen (helixhoeken 45° en 90°) om de gemiddelde thermisch-hydraulische prestaties te evalueren.Op afb.Figuur 10 toont de temperatuur van water en nanovloeistoffen aan de uitlaat als een gemiddelde met behulp van (helixhoek 45° en 90°) voor een gewone leiding (\(\frac{{{T}_{out}}_{Twisted}}{{ {T} _{uit}}_{Normaal}}\)).Niet-covalente (GNP-SDBS@DW) en covalente (GNP-COOH@DW) nanovloeistoffen hebben drie verschillende gewichtsfracties, zoals 0,025 gew.%, 0,05 gew.% en 0,1 gew.%.Zoals weergegeven in afb.11, de gemiddelde waarde van de uitlaattemperatuur (\(\frac{{{T}_{out}}_{Twisted}}{{{T}_{out}}_{Plain}}\)) > 1, wat aangeeft dat (45° en 90° helixhoek) de temperatuur aan de uitlaat van de warmtewisselaar belangrijker is dan die van een conventionele pijp, vanwege de grotere intensiteit van de turbulentie en de betere menging van de vloeistof.Bovendien daalde de temperatuur aan de uitlaat van DW, niet-covalente en covalente nanovloeistoffen met toenemend Reynoldsgetal.De basisvloeistof (DW) heeft de hoogste gemiddelde uitlaattemperatuur.Ondertussen verwijst de laagste waarde naar 0,1 wt%-SDBS@BNPs.Niet-covalente (BNPs-SDBS@DW) nanovloeistoffen vertoonden een lagere gemiddelde uitlaattemperatuur vergeleken met covalente (GNPs-COOH@DW) nanovloeistoffen.Omdat de gedraaide tape het stromingsveld meer gemengd maakt, kan de warmtestroom dichtbij de wand gemakkelijker door de vloeistof gaan, waardoor de algehele temperatuur stijgt.Een lagere twist-to-tape-verhouding resulteert in een betere penetratie en dus een betere warmteoverdracht.Aan de andere kant is te zien dat de opgerolde tape een lagere temperatuur tegen de muur aanhoudt, wat op zijn beurt de Nuavg verhoogt.Voor gedraaide tape-inzetstukken duidt een hogere Nuavg-waarde op een verbeterde convectieve warmteoverdracht binnen de buis22.Door het grotere stromingspad en extra menging en turbulentie neemt de verblijftijd toe, wat resulteert in een stijging van de temperatuur van de vloeistof aan de uitlaat41.
Reynolds-getallen van verschillende nanovloeistoffen ten opzichte van de uitlaattemperatuur van conventionele buizen (helixhoeken van 45 ° en 90 °).
Warmteoverdrachtscoëfficiënten (45° en 90° helixhoek) versus Reynolds-getallen voor verschillende nanovloeistoffen vergeleken met conventionele buizen.
Het belangrijkste mechanisme voor verbeterde warmteoverdracht van opgerolde tape is als volgt: 1. Het verkleinen van de hydraulische diameter van de warmtewisselaarbuis leidt tot een toename van de stroomsnelheid en kromming, wat op zijn beurt de schuifspanning aan de wand verhoogt en secundaire beweging bevordert.2. Door verstopping van de wikkeltape neemt de snelheid aan de buiswand toe en neemt de dikte van de grenslaag af.3. Spiraalvormige stroming achter de gedraaide band leidt tot een snelheidsverhoging.4. Geïnduceerde wervels verbeteren de vloeistofmenging tussen de centrale en nabije wandgebieden van de stroom42.Op afb.11 en afb.Figuur 12 toont bijvoorbeeld de warmteoverdrachtseigenschappen van DW en nanovloeistoffen (warmteoverdrachtscoëfficiënt en gemiddeld Nusseltgetal) als gemiddelden met behulp van gedraaide tape-inbrengbuizen vergeleken met conventionele buizen.Niet-covalente (GNP-SDBS@DW) en covalente (GNP-COOH@DW) nanovloeistoffen hebben drie verschillende gewichtsfracties, zoals 0,025 gew.%, 0,05 gew.% en 0,1 gew.%.In beide warmtewisselaars (helixhoek van 45° en 90°) is de gemiddelde warmteoverdrachtsprestatie >1, wat wijst op een verbetering van de warmteoverdrachtscoëfficiënt en het gemiddelde Nusseltgetal bij opgerolde buizen vergeleken met conventionele buizen.Niet-covalente (BNPs-SDBS@DW) nanovloeistoffen vertoonden een hogere gemiddelde verbetering van de warmteoverdracht dan covalente (BNPs-COOH@DW) nanovloeistoffen.Bij Re = 900 was de verbetering van 0,1 gew.% in de warmteoverdrachtsprestaties -SDBS@BNPs voor de twee warmtewisselaars (helixhoek van 45° en 90°) het hoogst met een waarde van 1,90.Dit betekent dat het uniforme TP-effect belangrijker is bij lagere vloeistofsnelheden (Reynoldsgetal)43 en toenemende turbulentie-intensiteit.Door de introductie van meerdere wervels zijn de warmteoverdrachtscoëfficiënt en het gemiddelde Nusselt-aantal TT-buizen hoger dan bij conventionele buizen, wat resulteert in een dunnere grenslaag.Verhoogt de aanwezigheid van HP de intensiteit van turbulentie, vermenging van werkvloeistofstromen en verbeterde warmteoverdracht in vergelijking met basispijpen (zonder het inbrengen van een gedraaide tape)21.
Gemiddeld Nusseltgetal (helixhoek 45° en 90°) versus Reynoldsgetal voor verschillende nanovloeistoffen vergeleken met conventionele buizen.
Figuren 13 en 14 tonen de gemiddelde wrijvingscoëfficiënt (\(\frac{{f}_{Twisted}}{{f}_{Plain}}\)) en drukverlies (\(\frac{{\Delta P} _ {Twisted}}{{\Delta P}_{Plain}}\}} ongeveer 45° en 90° voor conventionele leidingen die DW-nanovloeistoffen gebruiken, (GNPs-SDBS@DW) en (GNPs-COOH@DW) ionenwisselaar bevat ( 0,025 gew.%, 0,05 gew.% en 0,1 gew.%). { {f}_{Plain} }\)) en drukverlies (\(\frac{{ \Delta P}_{Twisted}}{{\Delta P }_{Gewoon}}\}) gevallen zijn de wrijvingscoëfficiënt en het drukverlies hoger bij lagere Reynoldsgetallen. De gemiddelde wrijvingscoëfficiënt en het drukverlies liggen tussen 3,78 en 3,12. De gemiddelde wrijvingscoëfficiënt en het drukverlies laten zien dat (45° helix hoek en 90°) warmtewisselaar kosten drie keer hoger dan conventionele pijpen. Bovendien, wanneer de werkvloeistof met een hogere snelheid stroomt, neemt de wrijvingscoëfficiënt af. Het probleem ontstaat omdat naarmate het Reynoldsgetal toeneemt, de dikte van de grenslaag toeneemt. neemt af, wat leidt tot een afname van het effect van de dynamische viscositeit op het getroffen gebied, een afname van de snelheidsgradiënten en schuifspanningen en dientengevolge tot een afname van de wrijvingscoëfficiënt21.Het verbeterde blokkerende effect door de aanwezigheid van TT en de verhoogde werveling resulteren in aanzienlijk hogere drukverliezen voor heterogene TT-leidingen dan voor basisleidingen.Bovendien is voor zowel de basisbuis als de TT-buis te zien dat de drukval toeneemt met de snelheid van de werkvloeistof43.
Wrijvingscoëfficiënt (45° en 90° helixhoek) versus Reynoldsgetal voor verschillende nanovloeistoffen vergeleken met conventionele buizen.
Drukverlies (45° en 90° helixhoek) als functie van het Reynoldsgetal voor verschillende nanovloeistoffen ten opzichte van een conventionele buis.
Samenvattend toont Figuur 15 prestatie-evaluatiecriteria (PEC) voor warmtewisselaars met hoeken van 45° en 90° vergeleken met gewone buizen (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}} \ ) ) in (0,025 gew.%, 0,05 gew.% en 0,1 gew.%) met behulp van DV-, (VNP-SDBS@DV) en covalente (VNP-COOH@DV) nanovloeistoffen.De waarde (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) > 1 in beide gevallen (45° en 90° spiraalhoek) in de warmtewisselaar.Bovendien bereikt (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) zijn beste waarde bij Re = 11.000.De 90°-warmtewisselaar vertoont een lichte toename in (\ (\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) vergeleken met een 45°-warmtewisselaar.Bij Re = 11.000 vertegenwoordigt 0,1 wt%-BNPs@SDBS hogere (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) waarden, bijv. 1,25 voor 45° warmtewisselaarhoek en 1,27 voor hoekwarmtewisselaar van 90°.Het is groter dan één bij alle percentages van de massafractie, wat aangeeft dat buizen met gedraaide tape-inzetstukken superieur zijn aan conventionele buizen.Met name de verbeterde warmteoverdracht door de tape-inzetstukken resulteerde in een aanzienlijke toename van wrijvingsverliezen22.
Efficiëntiecriteria voor het Reynoldsgetal van verschillende nanovloeistoffen in relatie tot conventionele buizen (helixhoek van 45° en 90°).
Bijlage A toont stroomlijnen voor 45° en 90° warmtewisselaars bij Re = 7000 met behulp van DW, 0,1 gew.%-BNP-SDBS@DW en 0,1 gew.%-BNP-COOH@DW.De stroomlijnen in het dwarsvlak zijn het meest opvallende kenmerk van het effect van gedraaide lintinzetstukken op de hoofdstroom.Het gebruik van 45° en 90° warmtewisselaars laat zien dat de snelheid in het nabije wandgebied ongeveer hetzelfde is.Ondertussen toont bijlage B de snelheidscontouren voor 45° en 90° warmtewisselaars bij Re = 7000 met behulp van DW, 0,1 wt%-BNP-SDBS@DW en 0,1 wt%-BNP-COOH@DW.De snelheidslussen bevinden zich op drie verschillende locaties (slices), bijvoorbeeld Plain-1 (P1 = −30 mm), Plain-4 (P4 = 60 mm) en Plain-7 (P7 = 150 mm).De stroomsnelheid nabij de buiswand is het laagst en de vloeistofsnelheid neemt toe richting het midden van de buis.Bovendien neemt bij het passeren van het luchtkanaal het gebied met lage snelheden nabij de muur toe.Dit komt door de groei van de hydrodynamische grenslaag, die de dikte van het lagesnelheidsgebied nabij de wand vergroot.Bovendien verhoogt het verhogen van het Reynoldsgetal het algehele snelheidsniveau in alle dwarsdoorsneden, waardoor de dikte van het lagesnelheidsgebied in het kanaal wordt verminderd.
Covalent en niet-covalent gefunctionaliseerde grafeen-nanosheets werden geëvalueerd in gedraaide tape-inzetstukken met helixhoeken van 45 ° en 90 °.De warmtewisselaar wordt numeriek opgelost met behulp van het SST k-omega turbulentiemodel bij 7000 ≤ Re ≤ 17000. De thermofysische eigenschappen worden berekend bij Tin = 308 K. Verwarm tegelijkertijd de gedraaide buiswand op een constante temperatuur van 330 K. COOH@DV) werd bijvoorbeeld verdund in drie massahoeveelheden (0,025 gew.%, 0,05 gew.% en 0,1 gew.%).In het huidige onderzoek werden zes hoofdfactoren in aanmerking genomen: uitlaattemperatuur, warmteoverdrachtscoëfficiënt, gemiddeld Nusseltgetal, wrijvingscoëfficiënt, drukverlies en prestatie-evaluatiecriteria.Dit zijn de belangrijkste bevindingen:
De gemiddelde uitlaattemperatuur (\({{T}_{out}}_{Nanofluids}\)/\({{T}_{out}}_{Basefluid}\)) is altijd lager dan 1, wat betekent dat niet-verspreiding De uitlaattemperatuur van valentie (ZNP-SDBS@DV) en covalente (ZNP-COOH@DV) nanovloeistoffen is lager dan die van de basisvloeistof.Ondertussen is de gemiddelde uitlaattemperatuur (\({{T}_{out}}_{Twisted}\)/\({{T}_{out}}_{Plain}\)) waarde > 1, wat aangeeft dat de feit dat (45° en 90° helixhoek) de uitlaattemperatuur hoger is dan bij conventionele buizen.
In beide gevallen zijn de gemiddelde waarden van de warmteoverdrachtseigenschappen (nanovloeistof/basisvloeistof) en (gedraaide buis/normale buis) altijd >1.Niet-covalente (BNPs-SDBS@DW) nanovloeistoffen vertoonden een hogere gemiddelde toename in warmteoverdracht, overeenkomend met covalente (BNPs-COOH@DW) nanovloeistoffen.
De gemiddelde wrijvingscoëfficiënt (\({f}_{Nanofluids}/{f}_{Basefluid}\)) van niet-covalente (VNP-SDBS@DW) en covalente (VNP-COOH@DW) nanovloeistoffen is altijd ≈1 .wrijving van niet-covalente (ZNP-SDBS@DV) en covalente (ZNP-COOH@DV) nanovloeistoffen (\({f}_{Twisted}/{f}_{Plain}\)) voor altijd > 3.
In beide gevallen (helixhoek van 45° en 90°) vertoonden de nanovloeistoffen (BNPs-SDBS@DW) hogere (\({\Delta P}_{Nanofluids}/{\Delta P}_{Basefluid}\)) 0,025 gew.% voor 2,04%, 0,05 gew.% voor 2,46% en 0,1 gew.% voor 3,44%.Ondertussen vertoonden (BNPs-COOH@DW) nanovloeistoffen lagere (\({\Delta P}_{Nanofluids}/{\Delta P}_{Basefluid}\)) van 1,31% voor 0,025 gew.% tot 1,65% is 0,05 % bij gewicht.Bovendien is het gemiddelde drukverlies (\({\Delta P}_{Twisted}/{\Delta P}_{Plain}\) van niet-covalente (BNPs-SDBS@DW) en covalente (BNPs-COOH@DW ))) nanovloeistoffen altijd >3.
In beide gevallen (helixhoeken van 45° en 90°) vertoonden de nanovloeistoffen (BNPs-SDBS@DW) een hogere (\({PEC}_{Nanofluids}/{PEC} _{Basefluid}\)) @DW-waarde) bijvoorbeeld 0,025 gew.% – 1,17, 0,05 gew.% – 1,19, 0,1 gew.% – 1,26.In dit geval zijn de waarden van (\({PEC}_{Nanofluids}/{PEC}_{Basefluid}\)) met behulp van (BNPs-COOH@DW) nanovloeistoffen 1,02 voor 0,025 gew.%, 1,05 voor 0 , 05 gew.% en 1,02 is 0,1 gew.%.Bovendien vertoonde 0,1 wt%-BNPs@SDBS bij Re = 11.000 hogere waarden (\({PEC}_{Twisted}/{PEC}_{Plain}\)), zoals 1,25 voor een spiraalhoek van 45° en 90° spiraalhoek 1,27.
Thianpong, C. et al.Multifunctionele optimalisatie van de nanofluïde titaandioxide/waterstroom in de warmtewisselaar, versterkt door gedraaide tape-inzetstukken met deltavleugels.intern J. Heet.de wetenschap.172, 107318 (2022).
Langerudi, HG en Jawaerde, C. Experimenteel onderzoek van niet-Newtoniaanse vloeistofstroming in balgen ingebracht met typische en V-vormige gedraaide tapes.Warmte- en massaoverdracht 55, 937–951 (2019).
Dong, X. et al.Experimenteel onderzoek naar de warmteoverdrachtskarakteristieken en stromingsweerstand van een spiraalvormig gedraaide buisvormige warmtewisselaar [J].Toepassingstemperatuur.project.176, 115397 (2020).
Yongsiri, K., Eiamsa-Ard, P., Wongcharee, K. & Eiamsa-Ard, SJCS Verbeterde warmteoverdracht in turbulente kanaalstroming met schuine scheidingsvinnen.actueel onderzoek.temperatuur.project.3, 1–10 (2014).
Posttijd: 17 maart 2023