304 хемиска компонента за намотани цевки од не'рѓосувачки челик, Термодинамичка анализа на ковалентно и нековалентно функционализирани графински нанолистови во тркалезни цевки опремени со турбулатори

Ви благодариме што ја посетивте Nature.com.Користите верзија на прелистувач со ограничена поддршка за CSS.За најдобро искуство, препорачуваме да користите ажуриран прелистувач (или да го оневозможите режимот на компатибилност во Internet Explorer).Покрај тоа, за да обезбедиме постојана поддршка, ја прикажуваме страницата без стилови и JavaScript.
Лизгачи кои прикажуваат три статии по слајд.Користете ги копчињата за назад и следно за да се движите низ слајдовите или копчињата на контролорот на слајдовите на крајот за да се движите низ секој слајд.

304 10*1мм калем цевки од нерѓосувачки челик во Кина

Големина: 3/4 инчи, 1/2 инчи, 1 инч, 3 инчи, 2 инчи

Должина на цевката на единицата: 6 метри

Одделение на челик: 201, 304 И 316

Одделение: 201, 202, 304, 316, 304L, 316 L,

Материјал: НЕРѓосувачки челик

Состојба: Ново

Ковалентни и нековалентни нанофлуиди беа тестирани во тркалезни цевки опремени со вметнувања со изопачена лента со агли на спиралата од 45° и 90°.Рејнолдсовиот број беше 7000 ≤ Re ≤ 17000, термофизичките својства беа оценети на 308 К. Физичкиот модел е нумерички решен со користење на двопараметарски турбулентен модел на вискозност (SST k-омега турбуленција).Концентрациите (0,025 wt.%, 0.05 wt.% и 0.1 wt.%) на нанофлуидите ZNP-SDBS@DV и ZNP-COOH@DV беа земени предвид во работата.Ѕидовите на искривените цевки се загреваат на константна температура од 330 К. Шест параметри беа земени предвид во тековната студија: температура на излезот, коефициент на пренос на топлина, просечен Нуселт број, коефициент на триење, губење на притисок и критериуми за евалуација на перформансите.Во двата случаи (агол на спиралата од 45° и 90°), нанофлуидот ZNP-SDBS@DV покажа повисоки термичко-хидраулични карактеристики од ZNP-COOH@DV и се зголеми со зголемување на масениот удел, на пример, 0,025 wt.и 0,05 wt.е 1,19.% и 1,26 – 0,1 wt.%.Во двата случаи (агол на спиралата 45° и 90°), вредностите на термодинамичките карактеристики при користење на GNP-COOH@DW се 1,02 за 0,025% тежина, 1,05 за 0,05% тежина.и 1,02 за 0,1% тежина.
Разменувачот на топлина е термодинамички уред 1 кој се користи за пренос на топлина за време на операциите на ладење и загревање.Термичко-хидрауличните својства на разменувачот на топлина го подобруваат коефициентот на пренос на топлина и ја намалуваат отпорноста на работната течност.Развиени се неколку методи за подобрување на преносот на топлина, вклучувајќи засилувачи на турбуленции2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 и нанофлуиди12,13,14,15.Вметнувањето со извиткана лента е еден од најуспешните методи за подобрување на преносот на топлина во разменувачите на топлина поради лесното одржување и ниската цена7,16.
Во серија експериментални и пресметковни студии, беа проучени хидротермалните својства на мешавините на нанофлуиди и разменувачи на топлина со влошки за изопачена лента.Во една експериментална работа, хидротермалните својства на три различни метални нанофлуиди (Ag@DW, Fe@DW и Cu@DW) беа проучувани во разменувач на топлина со изопачена лента со игла (STT)17.Во споредба со основната цевка, коефициентот на пренос на топлина на STT е подобрен за 11% и 67%.Распоредот SST е најдобар од економска гледна точка во однос на ефикасноста со параметар α = β = 0,33.Дополнително, забележано е зголемување на n од 18,2% со Ag@DW, иако максималното зголемување на загубата на притисок беше само 8,5%.Физичките процеси на пренос на топлина и губење на притисокот во концентрични цевки со и без намотани турбулатори беа проучувани со употреба на турбулентни текови на нанофлуидот Al2O3@DW со принудна конвекција.Максималниот просечен Нуселт број (Nuavg) и загубата на притисок се забележани при Re = 20.000 кога чекорот на серпентина = 25 mm и Al2O3@DW нанофлуид 1,6 вол.%.Исто така, беа спроведени лабораториски студии за проучување на карактеристиките на пренос на топлина и губење на притисокот на нанофлуидите од графен оксид (GO@DW) кои течат низ речиси кружни цевки со влошки за WC.Резултатите покажаа дека 0,12 vol%-GO@DW го зголемил коефициентот на конвективен пренос на топлина за околу 77%.Во друга експериментална студија, нанофлуидите (TiO2@DW) беа развиени за проучување на термичко-хидрауличните карактеристики на цевките со дупчиња опремени со вметнувања со изопачена лента20.Максималната хидротермална ефикасност од 1,258 беше постигната со користење на 0,15 vol%-TiO2@DW вградени во шахти наклонети од 45° со фактор на извртување од 3,0.Моделите со еднофазни и двофазни (хибридни) симулации го земаат предвид протокот и преносот на топлина на нанофлуидите CuO@DW при различни концентрации на цврсти материи (1–4% vol.%)21.Максималната термичка ефикасност на цевка вметната со една изопачена лента е 2,18, а цевка вметната со две изопачени ленти под исти услови е 2,04 (двофазен модел, Re = 36.000 и 4 вол.%).Проучен е не-Њутновиот турбулентен нанофлуиден проток на карбоксиметил целулоза (CMC) и бакар оксид (CuO) во главните цевки и цевки со искривени влошки.Nuavg покажува подобрување од 16,1% (за главниот цевковод) и 60% (за навиваниот цевковод со сооднос (H/D = 5)).Општо земено, помал сооднос на вртење и лента резултира со поголем коефициент на триење.Во една експериментална студија, ефектот на цевките со изопачена лента (TT) и намотки (VC) врз својствата на пренос на топлина и коефициентот на триење беше проучен со употреба на нанофлуиди CuO@DW.Користејќи 0,3 вол.%-CuO@DW на Re = 20.000 овозможува да се зголеми преносот на топлина во цевката VK-2 до максимална вредност од 44,45%.Дополнително, кога се користи кабел со изопачен пар и влошка за калем под исти гранични услови, коефициентот на триење се зголемува за фактори од 1,17 и 1,19 во споредба со DW.Општо земено, термичката ефикасност на нанофлуидите вметнати во намотки е подобра од онаа на нанофлуидите вметнати во заглавените жици.Волуметриската карактеристика на турбулентниот (MWCNT@DW) проток на нанофлуид беше проучувана во хоризонтална цевка вметната во спирална жица.Параметрите за топлинска изведба беа > 1 за сите случаи, што покажува дека комбинацијата на нанофлуиди со влошката на серпентина го подобрува преносот на топлина без да троши енергија на пумпата.Апстракт - Хидротермалните карактеристики на разменувач на топлина со две цевки со различни влошки изработени од модифицирана трака во облик на V (VcTT) се проучени во услови на турбулентен проток на нанофлуидот Al2O3 + TiO2@DW.Во споредба со DW во базните цевки, Nuavg има значително подобрување од 132% и коефициент на триење до 55%.Дополнително, се дискутираше за енергетската ефикасност на нанокомпозитот Al2O3+TiO2@DW во разменувач на топлина со две цевки26.Во нивната студија, тие откриле дека употребата на Al2O3 + TiO2@DW и TT ја подобрила ефикасноста на енергијата во споредба со DW.Во концентрични тубуларни разменувачи на топлина со VcTT турбулатори, Singh и Sarkar27 користеле материјали за промена на фазата (PCM), дисперзирани единечни/нанокомпозитни нанофлуиди (Al2O3@DW со PCM и Al2O3 + PCM).Тие објавија дека преносот на топлина и загубата на притисок се зголемуваат како што се намалува коефициентот на пресврт и се зголемува концентрацијата на наночестичките.Поголем фактор на длабочина V-изрез или помал фактор на ширина може да обезбеди поголем пренос на топлина и губење на притисокот.Покрај тоа, графен-платина (Gr-Pt) се користи за истражување на топлина, триење и севкупна стапка на генерирање на ентропија во цевки со 2-TT28 влошки.Нивната студија покажа дека помал процент на (Gr-Pt) значително го намалува создавањето на ентропија на топлина во споредба со релативно повисок развој на ентропија на триење.Мешаните нанофлуиди Al2O3@MgO и конусниот WC може да се сметаат за добра мешавина, бидејќи зголемениот сооднос (h/Δp) може да ги подобри хидротермалните перформанси на разменувач на топлина со две цевки 29 .Се користи нумерички модел за да се оцени заштедата на енергија и еколошките перформанси на разменувачите на топлина со различни триделни хибридни нанофлуиди (THNF) (Al2O3 + графен + MWCNT) суспендирани во DW30.Поради неговите критериуми за евалуација на перформансите (PEC) во опсег од 1,42-2,35, потребна е комбинација од втиснат искривен турбулизатор (DTTI) и (Al2O3 + Graphene + MWCNT).
Досега малку внимание беше посветено на улогата на ковалентна и нековалентна функционализација во хидродинамичкиот проток во термалните флуиди.Специфичната цел на оваа студија беше да се споредат термичко-хидрауличните карактеристики на нанофлуидите (ZNP-SDBS@DV) и (ZNP-COOH@DV) во вметнувањата со изопачена лента со агли на спиралата од 45° и 90°.Термофизичките својства беа измерени на Tin = 308 K. Во овој случај, во процесот на споредба беа земени предвид три масени фракции, како што се (0,025 wt.%, 0,05 wt.% и 0,1 wt.%).Преносот на напрегање на смолкнување во моделот на 3D турбулентен проток (SST k-ω) се користи за решавање на термичко-хидрауличните карактеристики.Така, оваа студија дава значаен придонес во проучувањето на позитивните својства (пренос на топлина) и негативните својства (падот на притисокот при триење), демонстрирајќи ги термичко-хидрауличните карактеристики и оптимизацијата на вистинските работни течности во таквите инженерски системи.
Основната конфигурација е мазна цевка (L = 900 mm и Dh = 20 mm).Вметнати димензии на изопачена лента (должина = 20 mm, дебелина = 0,5 mm, профил = 30 mm).Во овој случај, должината, ширината и ударот на спиралниот профил беа 20 mm, 0,5 mm и 30 mm, соодветно.Извитканите ленти се наклонети на 45° и 90°.Различни работни течности како што се DW, нековалентни нанофлуиди (GNF-SDBS@DW) и ковалентни нанофлуиди (GNF-COOH@DW) на Tin = 308 K, три различни масивни концентрации и различни Рејнолдс броеви.Тестовите беа извршени во внатрешноста на разменувачот на топлина.Надворешниот ѕид на спиралната цевка беше загреан на константна површинска температура од 330 К за да се тестираат параметрите за подобрување на преносот на топлина.
На сл.1 шематски прикажува изопачена лента за вметнување цевка со применливи гранични услови и мрежеста површина.Како што беше споменато претходно, граничните услови за брзина и притисок се применуваат на влезните и излезните делови на спиралата.При константна температура на површината, на ѕидот на цевката се наметнува нелизгачка состојба.Тековната нумеричка симулација користи решение базирано на притисок.Во исто време, програма (ANSYS FLUENT 2020R1) се користи за претворање на парцијална диференцијална равенка (PDE) во систем на алгебарски равенки со помош на методот на конечен волумен (FMM).Едноставен метод од втор ред (полуимплицитен метод за секвенцијални равенки зависни од притисок) е поврзан со брзина-притисок.Треба да се нагласи дека конвергенцијата на резидуите за равенките за маса, моментум и енергија е помала од 103 и 106, соодветно.
стр.
Се користи хомоген модел за објаснување на својствата на нанофлуидите.Со инкорпорирање на наноматеријали во основната течност (DW), се формира континуиран флуид со одлични термички својства.Во овој поглед, температурата и брзината на основната течност и наноматеријалот имаат иста вредност.Поради горенаведените теории и претпоставки, во оваа студија функционира ефикасен еднофазен проток.Неколку студии ја покажаа ефективноста и применливоста на еднофазните техники за нанофлуиден проток31,32.
Протокот на нанофлуидите мора да биде Њутнов турбулентен, некомпресибилен и неподвижен.Работата со компресија и вискозното загревање се ирелевантни во оваа студија.Покрај тоа, дебелината на внатрешните и надворешните ѕидови на цевката не се зема предвид.Затоа, равенките за маса, импулс и заштеда на енергија што го дефинираат термичкиот модел може да се изразат на следниов начин:
каде што \(\overrightarrow{V}\) е вектор на средна брзина, Keff = K + Kt е ефективна топлинска спроводливост на ковалентни и нековалентни нанофлуиди, а ε е стапката на дисипација на енергија.Ефективните термофизички својства на нанофлуидите, вклучувајќи густина (ρ), вискозност (μ), специфичен топлински капацитет (Cp) и топлинска спроводливост (k), прикажани во табелата, беа измерени за време на експериментална студија на температура од 308 K1 кога се користеа во овие симулатори.
Нумерички симулации на турбулентен проток на нанофлуид во конвенционални и ТТ цевки беа изведени на Рејнолдс броеви 7000 ≤ Re ≤ 17000. Овие симулации и коефициенти на конвективен пренос на топлина беа анализирани со помош на Менторовиот κ-ω турбулентен модел на просечен пренос на стрес на смолкнување (SST) модел Navier-Stokes, најчесто користен во аеродинамичко истражување.Дополнително, моделот работи без функција на ѕидот и е прецизен во близина на ѕидовите 35,36.(SST) κ-ω управувачките равенки на моделот на турбуленции се како што следува:
каде \(S\) е вредноста на стапката на напрегање, и \(y\) е растојанието до соседната површина.Во меѓувреме, \({\alpha}_{1}\), \({\alpha}_{2}\), \({\beta}_{1}\), \({\beta}_{ 2 }\), \({\ бета}^{*}\), \({\sigma}_{{k}_{1}}\), \({\sigma}_{{k}_{ 2 }}\), \({\sigma}_{{\omega}_{1}}\) и \({\sigma}_{{\omega}_{2}}\) ги означуваат сите константи на моделот.F1 и F2 се мешани функции.Забелешка: F1 = 1 во граничниот слој, 0 во претстојниот проток.
Параметрите за евалуација на перформансите се користат за проучување на турбулентен конвективен пренос на топлина, ковалентен и нековалентен нанофлуид проток, на пример31:
Во овој контекст, (\(\rho\)), (\(v\)), (\({D}_{h}\)) и (\(\mu\)) се користат за густина, брзина на течност , хидрауличен дијаметар и динамички вискозитет.(\({C}_{p}\, \mathrm{u}\, k\)) - специфичен топлински капацитет и топлинска спроводливост на течноста што тече.Исто така, (\(\dot{m}\)) се однесува на масовниот проток и (\({T}_{излез}-{T}_{во}\)) се однесува на разликата во температурата на влезот и излезот.(NFs) се однесува на ковалентни, нековалентни нанофлуиди, а (DW) се однесува на дестилирана вода (базна течност).\({A}_{s} = \pi DL\), \({\overline{T}}_{f}=\frac{\left({T}_{out}-{T}_{во }\десно)}{2}\) и \({\overline{T}}_{w}=\sum \frac{{T}_{w}}{n}\).
Термофизичките својства на основната течност (DW), нековалентен нанофлуид (GNF-SDBS@DW) и ковалентен нанофлуид (GNF-COOH@DW) се земени од објавената литература (експериментални студии), Sn = 308 K, како прикажано во Табела 134. Во еден типичен Во експеримент за добивање на нековалентен (GNP-SDBS@DW) нанофлуид со познати масени проценти, одредени грами примарни GNP првично беа измерени на дигитална вага.Тежинскиот сооднос на SDBS/матичен БНП е (0,5:1) пондериран во DW.Во овој случај, ковалентни (COOH-GNP@DW) нанофлуиди беа синтетизирани со додавање на карбоксилни групи на површината на GNP користејќи силно кисела средина со волуменски однос (1:3) HNO3 и H2SO4.Ковалентни и нековалентни нанофлуиди беа суспендирани во DW во три различни тежински проценти како 0,025 wt%, 0,05 wt%.и 0,1% од масата.
Беа спроведени тестови за независност на решетката во четири различни пресметковни домени за да се осигура дека големината на мрежата не влијае на симулацијата.Во случај на 45° торзиона цевка, бројот на единици со големина на единицата 1,75 mm е 249.033, бројот на единици со големина на единицата 2 mm е 307.969, бројот на единици со големина на единицата 2.25 mm е 421.406, а бројот на единици со големина на единицата 2 ,5 mm 564 940 соодветно.Дополнително, во примерот на искривена цевка од 90°, бројот на елементи со големина на елементот од 1,75 mm е 245.531, бројот на елементи со големина на елементот од 2 mm е 311.584, бројот на елементи со големина на елементот е 2,25 mm. 422.708, а бројот на елементи со големина на елемент од 2,5 mm е соодветно 573.826.Точноста на отчитувањата на топлинските својства како што се (Tout, htc и Nuavg) се зголемува како што се намалува бројот на елементи.Во исто време, точноста на вредностите на коефициентот на триење и падот на притисокот покажаа сосема поинакво однесување (слика 2).Решетката (2) беше искористена како главна површина на мрежата за евалуација на термичко-хидрауличните карактеристики во симулираниот случај.
Тестирање на преносот на топлина и перформансите на падот на притисокот независно од решетката со помош на парови DW цевки извртени на 45° и 90°.
Сегашните нумерички резултати се потврдени за перформансите на пренос на топлина и коефициентот на триење користејќи добро познати емпириски корелации и равенки како што се Дитус-Белтер, Петухов, Гнелински, Нотер-Раус и Бласиус.Споредбата беше извршена под услов 7000≤Re≤17000.Според сл.3, просечните и максималните грешки помеѓу резултатите од симулацијата и равенката за пренос на топлина се 4.050 и 5.490% (Dittus-Belter), 9.736 и 11.33% (Petukhov), 4.007 и 7.483% (Gnelinsky) и 3.883% (Dittus-Belter). Нот-Белтер).Роза).Во овој случај, просечната и максималната грешка помеѓу резултатите од симулацијата и равенката на коефициентот на триење се 7,346% и 8,039% (Бласиус) и 8,117% и 9,002% (Петухов), соодветно.
Пренос на топлина и хидродинамички својства на DW на различни Рејнолдсови броеви користејќи нумерички пресметки и емпириски корелации.
Овој дел ги разгледува термичките својства на нековалентни (LNP-SDBS) и ковалентни (LNP-COOH) водни нанофлуиди со три различни масени фракции и Рејнолдс броеви како просеци во однос на основната течност (DW).Две геометрии на разменувачи на топлина со намотани појаси (агол на спиралата 45° и 90°) се дискутирани за 7000 ≤ Re ≤ 17000. На сл.4 ја покажува просечната температура на излезот од нанофлуидот во основната течност (DW) (\(\frac{{{T}_{out}}_{NFs}}{{{T}_{out}}_{ DW } } \) ) на (0,025% тежина, 0,05% тежина и 0,1% тежина).(\(\frac{{T}_{out}}_{NFs}}{{{T}_{out}}_{DW}}\)) е секогаш помала од 1, што значи дека излезната температура е нековалентен (VNP-SDBS) и ковалентен (VNP-COOH) нанофлуидите се под температурата на излезот од основната течност.Најниските и највисоките намалувања беа 0,1 wt%-COOH@GNP и 0,1 wt%-SDBS@GNP, соодветно.Овој феномен се должи на зголемувањето на Рејнолдсовиот број при константна масена фракција, што доведува до промена на својствата на нанофлуидот (т.е. густината и динамичкиот вискозитет).
На сликите 5 и 6 се прикажани просечните карактеристики на пренос на топлина на нанофлуидот во базната течност (DW) на (0,025 wt.%, 0.05 wt.% и 0.1 wt.%).Просечните својства на пренос на топлина се секогаш поголеми од 1, што значи дека својствата на пренос на топлина на нековалентни (LNP-SDBS) и ковалентни (LNP-COOH) нанофлуиди се подобрени во споредба со основната течност.0,1 wt%-COOH@GNP и 0,1 wt%-SDBS@GNP постигнаа најниска и најголема добивка, соодветно.Кога бројот на Рејнолдс се зголемува поради поголемо мешање на течности и турбуленции во цевката 1, перформансите за пренос на топлина се подобруваат.Течностите низ мали празнини достигнуваат повисоки брзини, што резултира со потенок граничен слој за брзина/топлина, што ја зголемува брзината на пренос на топлина.Додавањето повеќе наночестички во основната течност може да има и позитивни и негативни резултати.Корисните ефекти вклучуваат зголемени судири на наночестички, поволни барања за топлинска спроводливост на течности и зголемен пренос на топлина.
Коефициент на пренос на топлина на нанофлуид во базната течност во зависност од бројот на Рејнолдс за цевки од 45° и 90°.
Во исто време, негативен ефект е зголемувањето на динамичката вискозност на нанофлуидот, со што се намалува подвижноста на нанофлуидот, а со тоа се намалува просечниот Нуселт број (Nuavg).Зголемената топлинска спроводливост на нанофлуидите (ZNP-SDBS@DW) и (ZNP-COOH@DW) треба да се должи на Брауновото движење и микроконвекцијата на наночестичките графен суспендирани во DW37.Топлинската спроводливост на нанофлуидот (ZNP-COOH@DV) е поголема од онаа на нанофлуидот (ZNP-SDBS@DV) и дестилирана вода.Додавањето повеќе наноматеријали во основната течност ја зголемува нивната топлинска спроводливост (Табела 1)38.
Слика 7 го илустрира просечниот коефициент на триење на нанофлуидите со основната течност (DW) (f(NFs)/f(DW)) во масивни проценти (0,025%, 0,05% и 0,1%).Просечниот коефициент на триење е секогаш ≈1, што значи дека нековалентни (GNF-SDBS@DW) и ковалентни (GNF-COOH@DW) нанофлуиди имаат ист коефициент на триење како основната течност.Разменувачот на топлина со помалку простор создава поголема опструкција на протокот и го зголемува триењето на протокот1.Во основа, коефициентот на триење се зголемува малку со зголемување на масениот удел на нанофлуидот.Поголемите загуби при триење се предизвикани од зголемениот динамички вискозитет на нанофлуидот и зголемениот стрес на смолкнување на површината со поголем процент на маса на нанографен во основната течност.Табелата (1) покажува дека динамичкиот вискозитет на нанофлуидот (ZNP-SDBS@DV) е поголем од оној на нанофлуидот (ZNP-COOH@DV) со ист тежински процент, што е поврзано со додавање на површински ефекти.активни агенси на нековалентен нанофлуид.
На сл.8 покажува нанофлуид во споредба со основната течност (DW) (\(\frac{{\Delta P}_{NFs}}{{\Delta P}_{DW}}\)) на (0,025%, 0,05% и 0,1% ).Нековалентниот (GNPs-SDBS@DW) нанофлуид покажа поголем просечен губиток на притисок и со зголемување на процентот на маса до 2,04% за 0,025% тежина, 2,46% за 0,05% тежина.и 3,44% за 0,1% тежина.со зголемување на куќиштето (агол на спиралата 45° и 90°).Во меѓувреме, нанофлуидот (GNPs-COOH@DW) покажа помала просечна загуба на притисок, зголемувајќи се од 1,31% на 0,025% wt.до 1,65% на 0,05% тежина.Просечната загуба на притисок од 0,05 wt.%-COOH@NP и 0,1 wt.%-COOH@NP е 1,65%.Како што може да се види, падот на притисокот се зголемува со зголемување на бројот на Re во сите случаи.Зголемениот пад на притисокот при високи вредности на Re се означува со директна зависност од волуменскиот проток.Затоа, поголем број Re во цевката доведува до поголем пад на притисокот, што бара зголемување на моќноста на пумпата39,40.Дополнително, загубите на притисокот се поголеми поради повисокиот интензитет на вртлози и турбуленции генерирани од поголемата површина, што ја зголемува интеракцијата на силите на притисок и инерција во граничниот слој1.
Општо земено, критериумите за евалуација на перформансите (PEC) за нековалентни (VNP-SDBS@DW) и ковалентни (VNP-COOH@DW) нанофлуиди се прикажани на сл.9. Нанофлуидот (ZNP-SDBS@DV) покажа повисоки PEC вредности од (ZNP-COOH@DV) во двата случаи (агол на спиралата 45° и 90°) и беше подобрен со зголемување на масениот удел, на пример, 0,025 wt.%.е 1,17, 0,05 wt.% е 1,19 и 0,1 wt.% е 1,26.Во меѓувреме, вредностите на PEC со употреба на нанофлуиди (GNPs-COOH@DW) беа 1,02 за 0,025 wt%, 1,05 за 0,05 wt%, 1,05 за 0,1 wt%.во двата случаи (агол на спиралата 45° и 90°).1.02.Како по правило, со зголемување на бројот на Рејнолдс, термичко-хидрауличната ефикасност значително се намалува.Како што се зголемува бројот на Рејнолдс, намалувањето на коефициентот на термичко-хидрауличната ефикасност е систематски поврзано со зголемување на (NuNFs/NuDW) и намалување на (fNFs/fDW).
Хидротермални својства на нанофлуидите во однос на базните флуиди во зависност од Рејнолдсовите броеви за цевки со агли од 45° и 90°.
Овој дел ги разгледува термичките својства на водата (DW), нековалентни (VNP-SDBS@DW) и ковалентни (VNP-COOH@DW) нанофлуиди во три различни масивни концентрации и Рејнолдс броеви.Две геометрии на разменувачи на топлина со намотани појаси беа земени предвид во опсегот 7000 ≤ Re ≤ 17000 во однос на конвенционалните цевки (агли на спиралата 45° и 90°) за да се оцени просечната термичко-хидраулична изведба.На сл.10 ја прикажува температурата на водата и нанофлуидите на излезот како просечна со користење (агол на спиралата 45° и 90°) за заедничка цевка (\(\frac{{{T}_{out}}_{Twisted}}{{ {T} _{излез}}_{Редовно}}\)).Нековалентни (GNP-SDBS@DW) и ковалентни (GNP-COOH@DW) нанофлуиди имаат три различни тежински фракции како што се 0,025 wt%, 0,05 wt% и 0,1 wt%.Како што е прикажано на сл.11, просечната вредност на излезната температура (\(\frac{{{T}_{out}}_{Twisted}}{{{T}_{out}}_{Plain}}\)) > 1, што покажува дека (агол на спирала од 45° и 90°) температурата на излезот од разменувачот на топлина е позначајна од онаа на конвенционалната цевка, поради поголемиот интензитет на турбуленции и подобро мешање на течноста.Дополнително, температурата на излезот на DW, нековалентни и ковалентни нанофлуиди се намали со зголемувањето на бројот на Рејнолдс.Основната течност (DW) има највисока средна излезна температура.Во меѓувреме, најниската вредност се однесува на 0,1 wt%-SDBS@GNPs.Нековалентните (GNPs-SDBS@DW) нанофлуиди покажаа пониска просечна излезна температура во споредба со ковалентните (GNPs-COOH@DW) нанофлуиди.Бидејќи искривената лента го прави полето на проток повеќе измешано, топлинскиот флукс блиску до ѕидот може полесно да помине низ течноста, зголемувајќи ја вкупната температура.Помал сооднос на извртување и лента резултира со подобра пенетрација, а со тоа и подобар пренос на топлина.Од друга страна, може да се види дека валаната лента одржува пониска температура до ѕидот, што пак го зголемува Nuavg.За влошки со изопачена лента, повисоката вредност на Nuavg укажува на подобрен конвективен пренос на топлина во цевката22.Поради зголемената патека на проток и дополнителното мешање и турбуленции, времето на престој се зголемува, што резултира со зголемување на температурата на течноста на излезот41.
Рејнолдсовиот број на различни нанофлуиди во однос на излезната температура на конвенционалните цевки (агли на спиралата 45° и 90°).
Коефициенти на пренос на топлина (агол на спирала од 45° и 90°) наспроти броевите на Рејнолдс за различни нанофлуиди во споредба со конвенционалните цевки.
Главниот механизам на засилен пренос на топлина со намотана лента е како што следува: 1. Намалувањето на хидрауличниот дијаметар на цевката за размена на топлина доведува до зголемување на брзината на протокот и искривување, што пак го зголемува стресот на смолкнување на ѕидот и промовира секундарно движење.2. Поради блокирање на лентата за намотување, брзината на ѕидот на цевката се зголемува, а дебелината на граничниот слој се намалува.3. Спиралниот тек зад изопачениот појас доведува до зголемување на брзината.4. Индуцираните вртлози го подобруваат мешањето на течностите помеѓу централните и блиските региони на протокот42.На сл.11 и сл.12 ги прикажува својствата на пренос на топлина на DW и нанофлуидите, на пример (коефициент на пренос на топлина и просечен Нуселт број) како просеци со помош на цевки за вметнување изопачена лента во споредба со конвенционалните цевки.Нековалентни (GNP-SDBS@DW) и ковалентни (GNP-COOH@DW) нанофлуиди имаат три различни тежински фракции како што се 0,025 wt%, 0,05 wt% и 0,1 wt%.Во двата разменувачи на топлина (агол на спирала од 45° и 90°) просечната изведба на пренос на топлина е >1, што укажува на подобрување на коефициентот на пренос на топлина и просечниот Нуселт број со намотани цевки во споредба со конвенционалните цевки.Нековалентните (GNPs-SDBS@DW) нанофлуиди покажаа повисоко просечно подобрување на преносот на топлина од ковалентните (GNPs-COOH@DW) нанофлуиди.При Re = 900, подобрувањето од 0,1 wt% во перформансите на пренос на топлина -SDBS@GNP за двата разменувачи на топлина (агол на спирала од 45° и 90°) беше највисоко со вредност од 1,90.Ова значи дека униформниот ТП ефект е поважен при помали брзини на течности (Рејнолдс број)43 и зголемување на интензитетот на турбуленцијата.Поради воведувањето на повеќе вртлози, коефициентот на пренос на топлина и просечниот Нуселт број на TT цевки се повисоки од конвенционалните цевки, што резултира со потенок граничен слој.Дали присуството на HP го зголемува интензитетот на турбуленцијата, мешањето на тековите на работниот флуид и зголемениот пренос на топлина во споредба со базните цевки (без вметнување на извиткана-извиткана лента)21.
Просечен Нуселт број (агол на спиралата 45° и 90°) наспроти Рејнолдсовиот број за различни нанофлуиди во споредба со конвенционалните цевки.
На сликите 13 и 14 е прикажан просечниот коефициент на триење (\(\frac{{f}_{Twisted}}{{f}_{Plain}}\)) и загубата на притисок (\(\frac{{\Delta P} _ {Twisted}}{{\Delta P}_{Plain}}\}} околу 45° и 90° за конвенционални цевки кои користат DW нанофлуиди, (GNPs-SDBS@DW) и (GNPs-COOH@DW) јонски изменувач содржи ( 0,025 wt %, 0,05 wt % и 0,1 wt %). { {f}_{Prein} }\)) и загуба на притисок (\(\frac{{ \Delta P}_{Twisted}}{{\Delta P }_{Обично}}\}) се намалува. случаи, коефициентот на триење и загубата на притисок се повисоки при пониски броеви на Рејнолдс. агол и 90°) чинат трипати повисоки од конвенционалните цевки.Покрај тоа, кога работниот флуид тече со поголема брзина, коефициентот на триење се намалува. Проблемот се јавува затоа што како што се зголемува бројот на Рејнолдс, дебелината на граничниот слој се намалува, што доведува до намалување на ефектот на динамичкиот вискозитет на погодената област, намалување на градиентите на брзината и напрегањата на смолкнување и, следствено, намалување на коефициентот на триење21.Подобрениот ефект на блокирање поради присуството на ТТ и зголемениот вител резултира со значително поголеми загуби на притисок кај хетерогени ТТ цевки отколку кај базните цевки.Дополнително, и за основната цевка и за цевката ТТ, може да се види дека падот на притисокот се зголемува со брзината на работниот флуид43.
Коефициент на триење (агол на спирала од 45° и 90°) наспроти Рејнолдсовиот број за различни нанофлуиди во споредба со конвенционалните цевки.
Губење на притисок (45° и 90° агол на спиралата) како функција од Рејнолдсовиот број за различни нанофлуиди во однос на конвенционалната цевка.
Накратко, Слика 15 ги прикажува критериумите за евалуација на перформансите (PEC) за разменувачи на топлина со агли од 45° и 90° во споредба со обичните цевки (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}} \ ) ) во (0,025 wt.%, 0,05 wt.% и 0,1 wt.%) користејќи DV, (VNP-SDBS@DV) и ковалентни (VNP-COOH@DV) нанофлуиди.Вредноста (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) > 1 во двата случаи (45° и 90° агол на спиралата) во разменувачот на топлина.Покрај тоа, (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) ја достигнува својата најдобра вредност на Re = 11.000.Разменувачот на топлина од 90° покажува мало зголемување во (\ (\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Обичен}}\)) во споредба со разменувач на топлина од 45°., На Re = 11.000 0,1 wt%-GNPs@SDBS претставува повисоки (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) вредности, на пр. 1,25 за агол на разменувач на топлина од 45° и 1,27 за аголен разменувач на топлина од 90°.Тој е поголем од еден во сите проценти од масениот удел, што укажува на тоа дека цевките со влошки со изопачена лента се супериорни во однос на конвенционалните цевки.Забележително, подобрениот пренос на топлина обезбеден со влошките на лентата резултираше со значително зголемување на загубите од триење22.
Критериуми за ефикасност за Рејнолдсовиот број на различни нанофлуиди во однос на конвенционалните цевки (агол на спирала од 45° и 90°).
Додатокот А покажува насочни линии за разменувачи на топлина од 45° и 90° при Re = 7000 користејќи DW, 0,1 wt%-GNP-SDBS@DW и 0,1 wt%-GNP-COOH@DW.Поточните линии во попречната рамнина се највпечатливата карактеристика на ефектот на вметнувањата со изопачени ленти на главниот тек.Употребата на разменувачи на топлина од 45° и 90° покажува дека брзината во регионот блиску до ѕидот е приближно иста.Во меѓувреме, Додатокот Б ги прикажува брзинските контури за разменувачи на топлина од 45° и 90° при Re = 7000 користејќи DW, 0,1 wt%-GNP-SDBS@DW и 0,1 wt%-GNP-COOH@DW.Јамките за брзина се на три различни локации (парчиња), на пример, Plain-1 (P1 = -30mm), Plain-4 (P4 = 60mm) и Plain-7 (P7 = 150mm).Брзината на проток во близина на ѕидот на цевката е најмала и брзината на течноста се зголемува кон центарот на цевката.Покрај тоа, при минување низ воздушниот канал, се зголемува површината на мали брзини во близина на ѕидот.Ова се должи на растот на хидродинамичкиот граничен слој, што ја зголемува дебелината на регионот со мала брзина во близина на ѕидот.Дополнително, зголемувањето на бројот на Рејнолдс го зголемува целокупното ниво на брзина во сите пресеци, а со тоа ја намалува дебелината на регионот со мала брзина во каналот39.
Ковалентно и нековалентно функционализираните нанолистови од графен беа евалуирани во влошки со изопачена лента со агли на спиралата од 45° и 90°.Разменувачот на топлина е нумерички решен со користење на моделот SST k-омега турбуленција на 7000 ≤ Re ≤ 17000. Термофизичките својства се пресметуваат на Tin = 308 K. Истовремено загрејте го ѕидот на искривената цевка на константна температура од 330 K. COOH@DV) беше разреден во три масивни количини, на пример (0,025 wt.%, 0.05 wt.% и 0.1 wt.%).Тековната студија разгледа шест главни фактори: температурата на излезот, коефициентот на пренос на топлина, просечниот Нуселт број, коефициентот на триење, губењето на притисокот и критериумите за евалуација на перформансите.Еве ги главните наоди:
Просечната излезна температура (\({{T}_{out}}_{Nanofluids}\)/\({{T}_{out}}_{Basefluid}\)) е секогаш помала од 1, што значи дека нераспространети Излезната температура на валентни (ZNP-SDBS@DV) и ковалентни (ZNP-COOH@DV) нанофлуиди е пониска од онаа на основната течност.Во меѓувреме, просечната излезна температура (\({T}_{out}}_{Twisted}\)/\({{T}_{out}}_{Plain}\)) вредност > 1, што укажува на фактот дека (агол на спирала од 45° и 90°) излезната температура е повисока отколку кај конвенционалните цевки.
Во двата случаи, просечните вредности на својствата за пренос на топлина (нанофлуид/базна течност) и (извиткана цевка/нормална цевка) секогаш покажуваат >1.Нековалентните (GNPs-SDBS@DW) нанофлуиди покажаа повисоко просечно зголемување на преносот на топлина, што одговара на ковалентни (GNPs-COOH@DW) нанофлуиди.
Просечниот коефициент на триење (\({f}_{Nanofluids}/{f}_{Basefluid}\)) на нековалентни (VNP-SDBS@DW) и ковалентни (VNP-COOH@DW) нанофлуиди е секогаш ≈1 .триење на нековалентни (ZNP-SDBS@DV) и ковалентни (ZNP-COOH@DV) нанофлуиди (\({f}_{Twisted}/{f}_{Plain}\)) за секогаш > 3.
Во двата случаи (агол на спиралата 45° и 90°), нанофлуидите (GNPs-SDBS@DW) покажаа повисоки (\({\Delta P}_{Nanofluids}/{\Delta P}_{Basefluid}\)) 0,025 wt .% за 2,04%, 0,05 wt.% за 2,46% и 0,1 wt.% за 3,44%.Во меѓувреме, (GNPs-COOH@DW) нанофлуидите покажаа пониски (\({\Delta P}_{Nanofluids}/{\Delta P}_{Basefluid}\)) од 1,31% за 0,025 wt.% до 1,65% е 0,05 % по тежина.Покрај тоа, просечната загуба на притисок (\({\Delta P}_{Twisted}/{\Delta P}_{Plain}\) на нековалентни (GNPs-SDBS@DW) и ковалентни (GNPs-COOH@DW ))) нанофлуиди секогаш >3.
Во двата случаи (агли на спиралата 45° и 90°), нанофлуидите (GNPs-SDBS@DW) покажаа повисока (\({PEC}_{Нанофлуиди}/{PEC} _{Basefluid}\)) @DW вредност) , на пр. 0,025 wt.% – 1,17, 0,05 wt.% – 1,19, 0,1 wt.% – 1,26.Во овој случај, вредностите на (\({PEC}_{Nanofluids}/{PEC}_{Basefluid}\)) со користење (GNPs-COOH@DW) нанофлуиди се 1,02 за 0,025 wt.%, 1,05 за 0 , 05 тежина.% и 1,02 е 0,1% по тежина.Покрај тоа, при Re = 11.000, 0,1 wt%-GNPs@SDBS покажа повисоки вредности и агол на спирала од 90° 1.27.
Thianpong, C. et al.Повеќенаменска оптимизација на протокот на нанофлуид титаниум диоксид/вода во разменувачот на топлина, подобрена со извртени вметнувања на лента со делта крила.внатрешен J. Hot.науката.172, 107318 (2022).
Langerudi, HG и Jawaerde, C. Експериментална студија за протокот на не-Њутнова течност во мевовите вметнати со типични и V-облик извртени ленти.Пренос на топлина и маса 55, 937–951 (2019).
Донг, X. и сор.Експериментална студија за карактеристиките на пренос на топлина и отпорност на проток на спирално извиткан тубуларен разменувач на топлина [J].Температура на нанесување.проект.176, 115397 (2020).
Yongsiri, K., Eiamsa-Ard, P., Wongcharee, K. & Eiamsa-Ard, SJCS Подобрен пренос на топлина при турбулентен канален проток со коси разделни перки.тематски истражувања.температура.проект.3, 1–10 (2014).