304 neoksidebla ŝtalo volvita tubo kemia komponanto, Termodinamika analizo de kovalente kaj ne-kovalente funkciigitaj grafenaj nanofolioj en rondaj tuboj ekipitaj per turbulatoroj

Dankon pro vizito de Nature.com.Vi uzas retumilon kun limigita CSS-subteno.Por la plej bona sperto, ni rekomendas, ke vi uzu ĝisdatigitan retumilon (aŭ malŝaltu Kongruo-Reĝimon en Internet Explorer).Krome, por certigi daŭran subtenon, ni montras la retejon sen stiloj kaj JavaScript.
Glitiloj montrante tri artikolojn per diapozitivo.Uzu la malantaŭan kaj sekvan butonojn por moviĝi tra la lumbildoj, aŭ la butonojn de glit-regiloj ĉe la fino por moviĝi tra ĉiu lumbildo.

304 10 * 1mm Neoksidebla ŝtalo volvita tubo en porcelano

Grandeco: 3/4 coloj, 1/2 coloj, 1 coloj, 3 coloj, 2 coloj

Unua Pipo Longo: 6 metroj

Ŝtalo Grado: 201, 304 KAJ 316

Grado: 201, 202, 304, 316, 304L, 316 L,

Materialo: Neoksidebla ŝtalo

Kondiĉo: Nova

Kovalentaj kaj ne-kovalentaj nanofluidoj estis testitaj en rondaj tuboj ekipitaj per torditaj glubendaj enigaĵoj kun heliksaj anguloj de 45° kaj 90°.La Reynolds-nombro estis 7000 ≤ Re ≤ 17000, la termofizikaj trajtoj estis taksitaj je 308 K. La fizika modelo estas solvita nombre uzante du-parametran turbula viskozecmodelo (SST k-omega turbuleco).La koncentriĝoj (0,025 pez%, 0,05 pez% kaj 0,1 pez%) de la nanofluidoj ZNP-SDBS@DV kaj ZNP-COOH@DV estis konsideritaj en la laboro.La muroj de la torditaj tuboj estas varmigitaj je konstanta temperaturo de 330 K. Ses parametroj estis pripensitaj en la nuna studo: ellasiga temperaturo, varmotransiga koeficiento, averaĝa Nusselt-nombro, koeficiento de frotado, premo-perdo kaj agado-taksaj kriterioj.En ambaŭ kazoj (helikso-angulo de 45° kaj 90°), la ZNP-SDBS@DV nanofluido montris pli altajn termohidraŭlikajn karakterizaĵojn ol ZNP-COOH@DV, kaj ĝi pliiĝis kun kreskanta masfrakcio, ekzemple, 0.025 wt., kaj 0.05 pez.estas 1.19.% kaj 1,26 – 0,1 pez%.En ambaŭ kazoj (helikso-angulo 45° kaj 90°), la valoroj de termodinamikaj trajtoj uzante GNP-COOH@DW estas 1,02 por 0,025% pezo, 1,05 por 0,05% pezo.kaj 1.02 por 0.1% pezo.
La varmointerŝanĝilo estas termodinamika aparato 1 uzata por transdoni varmon dum malvarmigo kaj hejtado operacioj.La termikaj-hidraŭlikaj propraĵoj de la varmointerŝanĝilo plibonigas la varmotransigan koeficienton kaj reduktas la reziston de la laborlikvaĵo.Pluraj metodoj estis evoluigitaj por plibonigi varmotransdonon, inkluzive de turbulencigantoj2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 kaj nanofluids12,13,14,15.Tordita bendo enmeto estas unu el la plej sukcesaj metodoj por plibonigi varmotransigo en varmointerŝanĝiloj pro sia facileco de bontenado kaj malalta kosto7,16.
En serio de eksperimentaj kaj komputilaj studoj, la hidrotermikaj trajtoj de miksaĵoj de nanofluidoj kaj varmointerŝanĝiloj kun tordita glubendinsertoj estis studitaj.En eksperimenta laboro, la hidrotermikaj trajtoj de tri malsamaj metalaj nanofluidoj (Ag@DW, Fe@DW kaj Cu@DW) estis studitaj en kudrila tordita bendo (STT) varmointerŝanĝilo17.Kompare kun la baza tubo, la varmotransiga koeficiento de STT estas plibonigita je 11% kaj 67%.La SST-aranĝo estas la plej bona de ekonomia vidpunkto laŭ efikeco kun la parametro α = β = 0.33.Krome, 18.2% pliiĝo en n estis observita kun Ag@DW, kvankam la maksimuma pliiĝo en premoperdo estis nur 8.5%.La fizikaj procezoj de varmotransigo kaj premperdo en samcentraj tuboj kun kaj sen volvitaj turbulatoroj estis studitaj uzante turbulajn fluojn de Al2O3@DW nanofluido kun malvola konvekcio.La maksimuma averaĝa Nusselt-nombro (Nuavg) kaj premoperdo estas observitaj ĉe Re = 20,000 kiam la bobena tonalto = 25 mm kaj Al2O3@DW nanofluido 1.6 vol.%.Laboratoriostudoj ankaŭ estis faritaj por studi la varmotranslokigon kaj premoperdkarakterizaĵojn de grafenoksida nanofluidoj (GO@DW) fluanta tra preskaŭ cirklaj tuboj kun WC-enigaĵoj.La rezultoj montris ke 0.12 vol%-GO@DW pliigis la konvektan varmotransigokoeficienton je proksimume 77%.En alia eksperimenta studo, nanofluidoj (TiO2@DW) estis evoluigitaj por studi la termika-hidraŭlikajn karakterizaĵojn de kavetitaj tuboj ekipitaj per torditaj glubendaj enigaĵoj20.La maksimuma hidrotermika efikeco de 1.258 estis atingita uzante 0.15 vol%-TiO2@DW enigitan en 45° klinitaj ŝaftoj kun tordfaktoro de 3.0.Unufazaj kaj dufazaj (hibridaj) simuladmodeloj konsideras la fluon kaj varmotransigo de CuO@DW nanofluidoj ĉe diversaj solidaj koncentriĝoj (1-4% vol.%)21.La maksimuma termika efikeco de tubo enigita per unu tordita bendo estas 2,18, kaj tubo enmetita per du torditaj bendoj sub la samaj kondiĉoj estas 2,04 (dufaza modelo, Re = 36,000 kaj 4 vol.%).La ne-Newtoniana turbula nanofluidfluo de karboksimetilcelulozo (CMC) kaj kuprooksido (CuO) en ĉefaj pipoj kaj pipoj kun torditaj enigaĵoj estis studita.Nuavg montras plibonigon de 16.1% (por la ĉefa dukto) kaj 60% (por la volvita dukto kun rilatumo de (H/D = 5)).Ĝenerale, pli malalta tord-al-rubanda rilatumo rezultigas pli altan frikciokoeficienton.En eksperimenta studo, la efiko de pipoj kun tordita bendo (TT) kaj bobenoj (VC) sur la trajtoj de varmotransigo kaj frikciokoeficiento estis studita uzante CuO@DW nanofluids.Uzante 0,3 vol.%-CuO@DW ĉe Re = 20 000 ebligas pliigi la varmotransdonon en la tubo VK-2 ĝis maksimuma valoro de 44,45%.Krome, kiam oni uzas tordparkablon kaj bobenan enigaĵon sub la samaj limkondiĉoj, la frikcio pliiĝas per faktoroj de 1.17 kaj 1.19 kompare kun DW.Ĝenerale, la termika efikeco de nanofluidoj enigitaj en bobenojn estas pli bona ol tiu de nanofluidoj enigitaj en senhelpajn dratojn.La volumetra karakterizaĵo de turbula (MWCNT@DW) nanofluidfluo estis studita ene de horizontala tubo enigita en spiraldraton.La termikaj agado-parametroj estis > 1 por ĉiuj kazoj, indikante ke la kombinaĵo de nanofluidoj kun la bobenenigaĵo plibonigas varmotransigon sen konsumado de pumpilpotenco.Resumo—La hidrotermikaj trajtoj de du-tuba varmointerŝanĝilo kun diversaj enigaĵoj faritaj el modifita tordita-tordita V-forma bendo (VcTT) estis studitaj sub kondiĉoj de turbula fluo de la Al2O3 + TiO2@DW nanofluido.Kompare al DW en baztuboj, Nuavg havas signifan plibonigon de 132% kaj frikciokoeficienton de ĝis 55%.Krome, la energia efikeco de la Al2O3+TiO2@DW nanokunmetaĵo en du-tuba varmointerŝanĝilo26 estis diskutita.En ilia studo, ili trovis, ke la uzo de Al2O3 + TiO2@DW kaj TT plibonigis ekzergia efikecon kompare kun DW.En samcentraj tubformaj varmointerŝanĝiloj kun VcTT-turbuliloj, Singh kaj Sarkar27 uzis fazŝanĝajn materialojn (PCM), disigitajn ununurajn/nanokunmetitajn nanofluidojn (Al2O3@DW kun PCM kaj Al2O3 + PCM).Ili raportis ke varmotransigo kaj premperdo pliiĝas kiam la torda koeficiento malpliiĝas kaj la nanopartikla koncentriĝo pliiĝas.Pli granda V-noĉa profundfaktoro aŭ pli malgranda larĝfaktoro povas disponigi pli grandan varmotransigo kaj premoperdo.Krome, grafeno-plateno (Gr-Pt) estis uzata por esplori varmecon, frikcion kaj ĝeneralan entropian generacion en tuboj kun 2-TT28-enigaĵoj.Ilia studo montris ke pli malgranda procento de (Gr-Pt) signife reduktis varmentropian generacion komparite kun relative pli alta frikcia entropievoluo.Miksitaj Al2O3@MgO nanofluidoj kaj konusa WC povas esti konsiderataj kiel bona miksaĵo, ĉar pliigita proporcio (h/Δp) povas plibonigi la hidrotermikan agadon de du-tuba varmointerŝanĝilo 29 .Nombra modelo estas uzata por taksi la energiŝparan kaj median rendimenton de varmointerŝanĝiloj kun diversaj tripartaj hibridaj nanofluidoj (THNF) (Al2O3 + grafeno + MWCNT) suspenditaj en DW30.Pro ĝia Performance Evaluation Criteria (PEC) en la intervalo de 1.42-2.35, kombinaĵo de Deprimita Twisted Turbulizer Insert (DTTI) kaj (Al2O3 + Grafeno + MWCNT) estas postulata.
Ĝis nun, malmulte da atento estis pagita al la rolo de kovalenta kaj ne-kovalenta funkciigo en hidrodinamika fluo en termikaj fluidoj.La specifa celo de ĉi tiu studo estis kompari la termika-hidraŭlikajn trajtojn de nanofluidoj (ZNP-SDBS@DV) kaj (ZNP-COOH@DV) en torditaj glubendaj enigaĵoj kun heliksaj anguloj de 45° kaj 90°.La termofizikaj propraĵoj estis mezuritaj ĉe Stano = 308 K. En ĉi tiu kazo, tri masfrakcioj estis enkalkulitaj en la kompara procezo, kiel (0.025 pez%, 0.05 pez% kaj 0.1 pez%).La tonda streĉa translokigo en la 3D turbula fluomodelo (SST k-ω) estas uzata por solvi la termi-hidraŭlikajn trajtojn.Tiel, ĉi tiu studo faras signifan kontribuon al la studo de pozitivaj propraĵoj (varmotransigo) kaj negativaj ecoj (premfalo sur frotado), pruvante la termika-hidraŭlikajn trajtojn kaj optimumigo de realaj laborfluoj en tiaj inĝenieristiksistemoj.
La baza agordo estas glata tubo (L = 900 mm kaj Dh = 20 mm).Enigita tordita bendo dimensioj (longo = 20 mm, dikeco = 0,5 mm, profilo = 30 mm).En ĉi tiu kazo, la longo, larĝo, kaj bato de la spirala profilo estis 20 mm, 0.5 mm, kaj 30 mm, respektive.La torditaj bendoj estas klinitaj je 45° kaj 90°.Diversaj laborfluidoj kiel ekzemple DW, ne-kovalentaj nanofluidoj (GNF-SDBS@DW) kaj kovalentaj nanofluidoj (GNF-COOH@DW) ĉe Stano = 308 K, tri malsamaj maskoncentriĝoj kaj malsamaj Reynolds-nombroj.La provoj estis faritaj ene de la varmointerŝanĝilo.La ekstera muro de la spirala tubo estis varmigita je konstanta surfaca temperaturo de 330 K por testi la parametrojn por plibonigo de varmotransigo.
Sur fig.1 skeme montras torditan glubendan enmettubon kun aplikeblaj limkondiĉoj kaj maŝita areo.Kiel menciite pli frue, rapideco kaj premo limkondiĉoj validas por la enirejo kaj elirejo partoj de la helico.Ĉe konstanta surfaca temperaturo, ne-glita kondiĉo estas trudita al la tubmuro.La nuna nombra simulado uzas prem-bazitan solvon.En la sama tempo, programo (ANSYS FLUENT 2020R1) estas uzata por konverti partan diferencialan ekvacion (PDE) en sistemon de algebraj ekvacioj uzante la finhavan volumenan metodon (FMM).La duaorda SIMPLA metodo (duonimplica metodo por sinsekvaj premo-dependaj ekvacioj) rilatas al rapido-premo.Oni devas emfazi, ke la konverĝo de restaĵoj por la maso, movokvanto kaj energia ekvacioj estas malpli ol 103 kaj 106, respektive.
p Diagramo de fizikaj kaj komputilaj domajnoj: (a) helikforma angulo 90°, (b) helikforma angulo 45°, (c) neniu helikforma klingo.
Homogena modelo estas utiligita por klarigi la trajtojn de nanofluidoj.Enkorpigante nanomaterialojn en la bazlikvaĵon (DW), kontinua likvaĵo kun bonegaj termikaj trajtoj estas formita.Ĉi-rilate, la temperaturo kaj rapideco de la baza fluido kaj la nanomaterialo havas la saman valoron.Pro ĉi-supraj teorioj kaj supozoj, efika unufaza fluo funkcias en ĉi tiu studo.Pluraj studoj pruvis la efikecon kaj aplikeblecon de unufazaj teknikoj por nanofluida fluo31,32.
La fluo de nanofluidoj devas esti Newtoniana turbula, nekunpremebla kaj senmova.Kunprema laboro kaj viskoza hejtado estas palaj en ĉi tiu studo.Krome, la dikeco de la internaj kaj eksteraj muroj de la tubo ne estas konsiderata.Tial, la maso, impeto, kaj energiŝparekvacioj kiuj difinas la termikan modelon povas esti esprimitaj jene:
kie \(\overrightarrow{V}\) estas la averaĝa rapidecvektoro, Keff = K + Kt estas la efika varmokondukteco de kovalentaj kaj nekovalentaj nanofluidoj, kaj ε estas la energidisipa indico.La efikaj termofizikaj trajtoj de nanofluidoj, inkluzive de denseco (ρ), viskozeco (μ), specifa varmokapacito (Cp) kaj varmokondukteco (k), montritaj en la tabelo, estis mezuritaj dum eksperimenta studo je temperaturo de 308 K1 kiam uzite. en ĉi tiuj simuliloj.
Nombraj simulaĵoj de turbula nanofluidfluo en konvenciaj kaj TT-tuboj estis faritaj ĉe Reynolds-numeroj 7000 ≤ Re ≤ 17000. Tiuj simulaĵoj kaj konvektaj varmotransigokoeficientoj estis analizitaj uzante la κ-ω-turbulecmodelon de Mentor de tondstrestransigo (SST) averaĝita super la Reynolds-turbuleco. modelo Navier-Stokes, ofte uzita en aerdinamika esplorado.Krome, la modelo funkcias sen murfunkcio kaj estas preciza proksime de muroj 35,36.(SST) κ-ω regantaj ekvacioj de la turbulecmodelo estas kiel sekvas:
kie \(S\) estas la valoro de la streĉiĝorapideco, kaj \(y\) estas la distanco al la apuda surfaco.Dume, \({\alpha}_{1}\), \({\alpha}_{2}\), \({\beta}_{1}\), \({\beta}_{ 2 }\), \({\beta}^{*}\), \({\sigma}_{{k}_{1}}\), \({\sigma}_{{k}_{ 2 }}\), \({\sigma}_{{\omega}_{1}}\) kaj \({\sigma}_{{\omega}_{2}}\) indikas ĉiujn modelkonstantojn.F1 kaj F2 estas miksitaj funkcioj.Notu: F1 = 1 en la limtavolo, 0 en la venanta fluo.
Efikec-taksaj parametroj estas uzataj por studi turbulan konvektan varmotransigon, kovalentan kaj ne-kovalentan nanofluidfluon, ekzemple31:
En ĉi tiu kunteksto, (\(\rho\)), (\(v\)), (\({D}_{h}\)) kaj (\(\mu\)) estas uzataj por denseco, fluida rapido , hidraŭlika diametro kaj dinamika viskozeco.(\({C}_{p}\, \mathrm{u}\, k\)) - specifa varmokapacito kaj varmokondukteco de la flua fluido.Ankaŭ, (\(\dot{m}\)) rilatas al masfluo, kaj (\({T}_{el}-{T}_{in}\)) rilatas al enirejo kaj elirejo temperaturdiferenco.(NFs) rilatas al kovalentaj, ne-kovalentaj nanofluidoj, kaj (DW) rilatas al distilita akvo (bazlikvaĵo).\({A}_{s} = \pi DL\), \({\overline{T}}_{f}=\frac{\left({T}_{el}-{T}_{en }\right)}{2}\) kaj \({\overline{T}}_{w}=\sum \frac{{T}_{w}}{n}\).
La termofizikaj propraĵoj de la baza likvaĵo (DW), ne-kovalenta nanofluido (GNF-SDBS@DW), kaj kovalenta nanofluido (GNF-COOH@DW) estis prenitaj de la publikigita literaturo (eksperimentaj studoj), Sn = 308 K, kiel montrite en Tabelo 134. En tipa En eksperimento por akiri ne-kovalentan (GNP-SDBS@DW) nanofluidaĵon kun konataj masprocentoj, iuj gramoj da primaraj GNP estis komence pezitaj sur cifereca pesilo.La pezoproporcio de SDBS/indiĝena MNP estas (0.5:1) pezbalancita en DW.En ĉi tiu kazo, kovalentaj (COOH-GNP@DW) nanofluidoj estis sintezitaj aldonante karboksilgrupojn al la surfaco de GNP uzante forte acida medio kun volumenoproporcio (1:3) de HNO3 kaj H2SO4.Kovalentaj kaj ne-kovalentaj nanofluidoj estis suspenditaj en DW ĉe tri malsamaj pezprocentoj kiel ekzemple 0.025 pez%, 0.05 pez%.kaj 0,1% de la maso.
Mesh-sendependectestoj estis aranĝitaj en kvar malsamaj komputilaj domajnoj por certigi ke la maŝograndeco ne influas la simuladon.En la kazo de 45° tordtubo, la nombro da unuoj kun unuograndeco 1,75 mm estas 249,033, la nombro da unuoj kun unuograndeco 2 mm estas 307,969, la nombro da unuoj kun unuograndeco 2,25 mm estas 421,406, kaj la nombro da unuoj kun unuograndeco 2 .5 mm 564 940 respektive.Krome, en la ekzemplo de 90° tordita tubo, la nombro da elementoj kun 1,75 mm elemento grandeco estas 245,531, la nombro da elementoj kun 2 mm elemento grandeco estas 311,584, la nombro da elementoj kun 2,25 mm elemento grandeco estas 422.708, kaj la nombro da elementoj kun elementograndeco de 2.5 mm estas respektive 573.826.La precizeco de termikaj posedaĵoj kiel ekzemple (Tout, htc, kaj Nuavg) pliiĝas kiam la nombro da elementoj malpliiĝas.Samtempe, la precizeco de la valoroj de la frota koeficiento kaj premofalo montris tute malsaman konduton (Fig. 2).Krado (2) estis uzata kiel la ĉefa kradareo por taksi la termika-hidraŭlikajn trajtojn en la ŝajniga kazo.
Testado de varmotransigo kaj premofalo sendepende de maŝo uzante parojn da DW-tuboj torditaj je 45° kaj 90°.
La nunaj nombraj rezultoj estis validigitaj por varmotransiga efikeco kaj frikciokoeficiento uzante konatajn empiriajn korelaciojn kaj ekvaciojn kiel ekzemple Dittus-Belter, Petukhov, Gnelinsky, Notter-Rouse kaj Blasius.La komparo estis farita sub la kondiĉo 7000≤Re≤17000.Laŭ fig.3, la mezaj kaj maksimumaj eraroj inter la simuladrezultoj kaj la varmotransiga ekvacio estas 4.050 kaj 5.490% (Dittus-Belter), 9.736 kaj 11.33% (Petukhov), 4.007 kaj 7.483% (Gnelinsky), kaj 3.883% kaj 4.937% (4. Nott-Belter).Rozo).En ĉi tiu kazo, la mezaj kaj maksimumaj eraroj inter la simuladrezultoj kaj la frikciokoeficientekvacio estas 7.346% kaj 8.039% (Blasius) kaj 8.117% kaj 9.002% (Petukhov), respektive.
Varmotransigo kaj hidrodinamikaj trajtoj de DW ĉe diversaj Reynolds-nombroj uzante nombrajn kalkulojn kaj empiriajn korelaciojn.
Tiu sekcio diskutas la termikajn trajtojn de ne-kovalentaj (LNP-SDBS) kaj kovalentaj (LNP-COOH) akvaj nanofluidoj ĉe tri malsamaj masfrakcioj kaj Reynolds-nombroj kiel mezumoj relative al la bazlikvaĵo (DW).Du geometrioj de volvitaj zonaj varmointerŝanĝiloj (helikso-angulo 45° kaj 90°) estas diskutitaj por 7000 ≤ Re ≤ 17000. En fig.4 montras la averaĝan temperaturon ĉe la eliro de la nanofluido en la bazan fluidon (DW) (\(\frac{{{T}_{el}}_{NFs}}{{{T}_{el}}_{ DW } } \) ) je (0,025% pezo, 0,05% pezo kaj 0,1% pezo).(\(\frac{{{T}_{el}}_{NFs}}{{{T}_{el}}_{DW}}\)) estas ĉiam malpli ol 1, kio signifas ke la eliriga temperaturo estas ne-kovalentaj (VNP-SDBS) kaj kovalentaj (VNP-COOH) nanofluidoj estas sub la temperaturo ĉe la ellasejo de la bazlikvaĵo.La plej malaltaj kaj plej altaj reduktoj estis 0.1 wt%-COOH@GNPs kaj 0.1 wt%-SDBS@GNPs, respektive.Ĉi tiu fenomeno ŝuldiĝas al pliiĝo en la Reynolds-nombro ĉe konstanta masfrakcio, kiu kondukas al ŝanĝo en la trajtoj de la nanofluido (t.e., denseco kaj dinamika viskozeco).
Figuroj 5 kaj 6 montras la averaĝajn varmotransigajn karakterizaĵojn de nanofluido al bazlikvaĵo (DW) ĉe (0,025 pez%, 0,05 pez% kaj 0,1 pez%).La mezaj varmotransiga propraĵoj ĉiam estas pli grandaj ol 1, kio signifas ke la varmotransigo trajtoj de ne-kovalentaj (LNP-SDBS) kaj kovalentaj (LNP-COOH) nanofluidoj estas plifortigitaj komparite kun la bazlikvaĵo.0.1 wt%-COOH@GNPs kaj 0.1 wt%-SDBS@GNPs atingis la plej malaltan kaj plej altan gajnon, respektive.Kiam la Reynolds-nombro pliiĝas pro pli granda fluida miksado kaj turbuleco en la tubo 1, la varmotransiga rendimento pliboniĝas.Fluidoj tra malgrandaj interspacoj atingas pli altajn rapidecojn, rezultigante pli maldikan rapidecon/varmecan limtavolon, kiu pliigas la indicon de varmotransigo.Aldoni pli da nanopartikloj al la baza fluido povas havi kaj pozitivajn kaj negativajn rezultojn.Bonegaj efikoj inkluzivas pliigitajn nanopartiklojn, favorajn fluidajn termokonduktajn postulojn kaj plibonigitan varmotransdonon.
Varmotransiga koeficiento de nanofluido al bazlikvaĵo depende de Reynolds-nombro por 45° kaj 90° tuboj.
Samtempe, negativa efiko estas pliiĝo en la dinamika viskozeco de la nanofluido, kiu reduktas la moviĝeblon de la nanofluido, tiel reduktante la mezan Nusselt-nombron (Nuavg).La pliigita varmokondukteco de nanofluidoj (ZNP-SDBS@DW) kaj (ZNP-COOH@DW) devus ŝuldiĝi al Browniana moviĝo kaj mikrokonvekcio de grafenaj nanopartikloj suspenditaj en DW37.La varmokondukteco de la nanofluido (ZNP-COOH@DV) estas pli alta ol tiu de la nanofluido (ZNP-SDBS@DV) kaj distilita akvo.Aldonante pli da nanomaterialoj al la baza fluido pliigas ilian termikan konduktivecon (Tabelo 1)38.
Figuro 7 ilustras la mezan koeficienton de frikcio de nanofluidoj kun bazlikvaĵo (DW) (f(NFs)/f(DW)) en masprocento (0.025%, 0.05% kaj 0.1%).La meza frikciokoeficiento ĉiam estas ≈1, kio signifas ke ne-kovalentaj (GNF-SDBS@DW) kaj kovalentaj (GNF-COOH@DW) nanofluidoj havas la saman frikciokoeficienton kiel la bazlikvaĵo.Varmointerŝanĝilo kun malpli da spaco kreas pli da fluobstrukco kaj pliigas flufrikcion1.Esence, la koeficiento de frikcio pliiĝas iomete kun kreskanta masfrakcio de la nanofluido.La pli altaj frikciaj perdoj estas kaŭzitaj de la pliigita dinamika viskozeco de la nanofluido kaj la pliigita tondstreso sur la surfaco kun pli alta masprocento de nanografeno en la bazlikvaĵo.Tabelo (1) montras, ke la dinamika viskozeco de la nanofluido (ZNP-SDBS@DV) estas pli alta ol tiu de la nanofluido (ZNP-COOH@DV) je la sama pezoprocento, kiu estas asociita kun la aldono de surfacaj efikoj.aktivaj agentoj sur ne-kovalenta nanofluido.
Sur fig.8 montras nanofluidaĵon komparite kun bazlikvaĵo (DW) (\(\frac{{\Delta P}_{NFs}}{{\Delta P}_{DW}}\)) je (0.025%, 0.05% kaj 0.1% ).La ne-kovalenta (GNPs-SDBS@DW) nanofluido montris pli altan mezan premoperdon, kaj kun pliiĝo en masprocento al 2.04% por 0.025% pezo, 2.46% por 0.05% pezo.kaj 3.44% por 0.1% wt.kun kasa pligrandigo (helico-angulo 45° kaj 90°).Dume, la nanofluido (GNPs-COOH@DW) montris pli malaltan mezan preman perdon, pliiĝante de 1.31% ĉe 0.025% pezo.ĝis 1,65% ĉe 0,05% pezo.La averaĝa premoperdo de 0.05 pez%-COOH@NP kaj 0.1 pez%-COOH@NP estas 1.65%.Kiel videblas, la premofalo pliiĝas kun kreskanta Re-nombro en ĉiuj kazoj.Pliigita premofalo ĉe altaj Re-valoroj estas indikita per rekta dependeco de la volumena fluo.Sekve, pli alta Re-nombro en la tubo kondukas al pli alta premofalo, kio postulas pliigon de pumpilpotenco39,40.Krome, premperdoj estas pli altaj pro la pli alta intenseco de kirloj kaj turbuleco generita per la pli granda surfacareo, kiu pliigas la interagadon de premo kaj inercifortoj en la limtavolo1.
Ĝenerale, agado-taksadkriterioj (PEC) por ne-kovalentaj (VNP-SDBS@DW) kaj kovalentaj (VNP-COOH@DW) nanofluidoj estas montritaj en Figoj.9. Nanofluid (ZNP-SDBS@DV) montris pli altajn PEC-valorojn ol (ZNP-COOH@DV) en ambaŭ kazoj (helikso-angulo 45° kaj 90°) kaj ĝi estis plibonigita pliigante la masfrakcion, ekzemple, 0.025. pez%.estas 1,17, 0,05 pez% estas 1,19 kaj 0,1 pez% estas 1,26.Dume, la PEC-valoroj uzantaj nanofluidojn (GNPs-COOH@DW) estis 1,02 por 0,025 pez%, 1,05 por 0,05 pez%, 1,05 por 0,1 pez%.en ambaŭ kazoj (helico-angulo 45° kaj 90°).1.02.Kiel regulo, kun pliiĝo en la Reynolds-nombro, la termika-hidraŭlika efikeco malpliiĝas signife.Ĉar la Reynolds-nombro pliiĝas, la malkresko en la termika-hidraŭlika efikeckoeficiento estas sisteme rilata al pliiĝo en (NuNFs/NuDW) kaj malkresko en (fNFs/fDW).
Hidrotermikaj trajtoj de nanofluidoj kun respekto al bazfluidaĵoj depende de Reynolds-nombroj por tuboj kun 45° kaj 90° anguloj.
Tiu sekcio diskutas la termikajn trajtojn de akvo (DW), ne-kovalentaj (VNP-SDBS@DW), kaj kovalentaj (VNP-COOH@DW) nanofluidoj ĉe tri malsamaj maskoncentriĝoj kaj Reynolds-nombroj.Du bobenitaj zonaj varmointerŝanĝaj geometrioj estis konsiderataj en la gamo 7000 ≤ Re ≤ 17000 koncerne konvenciajn tubojn (helikso-anguloj 45° kaj 90°) por taksi la averaĝan termikan hidraŭlikan agadon.Sur fig.10 montras la temperaturon de akvo kaj nanofluidoj ĉe la ellasejo kiel averaĝe uzante (helica angulo 45° kaj 90°) por ofta tubo (\(\frac{{{T}_{el}}_{Tordita}}{{ {T} _{el}}_{Regula}}\)).Ne-kovalentaj (GNP-SDBS@DW) kaj kovalentaj (GNP-COOH@DW) nanofluidoj havas tri malsamajn pezfrakciojn kiel ekzemple 0,025 pez%, 0,05 pez% kaj 0,1 pez%.Kiel montrite en fig.11, la averaĝa valoro de la elirtemperaturo (\(\frac{{{T}_{el}}_{Tordita}}{{{T}_{el}}_{Ebenaĵo}}\)) > 1, indikante ke (45° kaj 90° helico-angulo) la temperaturo ĉe la elirejo de la varmointerŝanĝilo estas pli signifa ol tiu de konvencia tubo, pro la pli granda intenseco de turbuleco kaj pli bona miksado de la likvaĵo.Krome, la temperaturo ĉe la ellasejo de DW, ne-kovalentaj kaj kovalentaj nanofluidoj malpliiĝis kun kreskanta Reynolds-nombro.La bazlikvaĵo (DW) havas la plej altan averaĝan elirtemperaturon.Dume, la plej malalta valoro rilatas al 0.1 wt%-SDBS@GNPs.Ne-kovalentaj (GNPs-SDBS@DW) nanofluidoj montris pli malaltan mezan ellasejon komparite kun kovalentaj (GNPs-COOH@DW) nanofluidoj.Ĉar la tordita bendo igas la fluokampon pli miksita, la preskaŭ-mura varmofluo povas pli facile trapasi la likvaĵon, pliigante la totalan temperaturon.Pli malalta tord-al-benda rilatumo rezultigas pli bonan penetron kaj tial pli bonan varmotransigon.Aliflanke, oni povas vidi, ke la rulita bendo subtenas pli malaltan temperaturon kontraŭ la muro, kio siavice pliigas la Nuavg.Por torditaj glubendaj enigaĵoj, pli alta Nuavg-valoro indikas plibonigitan konvektan varmotransigon ene de la tubo22.Pro la pliigita fluvojo kaj plia miksado kaj turbuleco, la loĝtempo pliiĝas, rezultigante pliiĝon de la temperaturo de la likvaĵo ĉe la elirejo41.
Reynolds-nombroj de diversaj nanofluidoj relative al la ellasejotemperaturo de konvenciaj tuboj (45° kaj 90° helicperspektivoj).
Varmotransiga koeficientoj (45° kaj 90° helicperspektivo) kontraŭ Reynolds-nombroj por diversaj nanofluidoj komparite kun konvenciaj tuboj.
La ĉefa mekanismo de plifortigita volvita bendo varmotransigo estas jena: 1. Redukti la hidraŭlikan diametron de la varmointerŝanĝa tubo kondukas al pliigo de flurapideco kaj kurbeco, kiu siavice pliigas tondan streĉon ĉe la muro kaj antaŭenigas sekundaran movadon.2. Pro blokado de la bobena bendo, la rapido ĉe la tubo muro pliiĝas, kaj la dikeco de la limtavolo malpliiĝas.3. Spirala fluo malantaŭ la tordita zono kondukas al pliiĝo de rapido.4. Induktitaj vorticoj plibonigas fluidan miksadon inter la centraj kaj proksimaj murregionoj de la fluo42.Sur fig.11 kaj fig.12 montras la varmotransigajn trajtojn de DW kaj nanofluidoj, ekzemple (varmotransiga koeficiento kaj meza Nusselt-nombro) kiel mezumojn uzante torditajn glubendajn enmettubojn komparite kun konvenciaj tuboj.Ne-kovalentaj (GNP-SDBS@DW) kaj kovalentaj (GNP-COOH@DW) nanofluidoj havas tri malsamajn pezfrakciojn kiel ekzemple 0,025 pez%, 0,05 pez% kaj 0,1 pez%.En ambaŭ varmointerŝanĝiloj (45° kaj 90° helicperspektivo) la meza varmotransiga efikeco estas >1, indikante plibonigon en varmotransiga koeficiento kaj meza Nusselt-nombro kun volbitaj tuboj komparite kun konvenciaj tuboj.Ne-kovalentaj (GNPs-SDBS@DW) nanofluidoj montris pli altan mezan varmotransigo-plibonigon ol kovalentaj (GNPs-COOH@DW) nanofluidoj.Ĉe Re = 900, la 0.1 pez% plibonigo en varmotransiga rendimento -SDBS@GNPs por la du varmointerŝanĝiloj (45° kaj 90° helico-angulo) estis la plej alta kun valoro de 1.90.Tio signifas ke la unuforma TP-efiko estas pli grava ĉe pli malaltaj fluidaj rapidecoj (Reynolds-nombro)43 kaj pliiĝanta turbulecintenseco.Pro la enkonduko de multoblaj vorticoj, la varmotransiga koeficiento kaj meza Nusselt-nombro de TT-tuboj estas pli altaj ol konvenciaj tuboj, rezultigante pli maldikan limtavolon.Ĉu la ĉeesto de HP pliigas la intensecon de turbuleco, miksado de laborfluaj fluoj kaj plifortigita varmotransigo kompare kun bazaj tuboj (sen enmeti tordi-torditan bendon)21.
Meza Nusselt-nombro (helicperspektivo 45° kaj 90°) kontraŭ Reynolds-nombro por diversaj nanofluidoj komparite kun konvenciaj tuboj.
Figuroj 13 kaj 14 montras la averaĝan koeficienton de frotado (\(\frac{{f}_{Tordita}}{{f}_{Ebenaĵo}}\)) kaj premoperdo (\(\frac{{\Delta P} _ {Tordita}}{{\Delta P}_{Ebenaĵo}}\}} proksimume 45° kaj 90° por konvenciaj tuboj uzantaj DW-nanofluidojn, (GNPs-SDBS@DW) kaj (GNPs-COOH@DW) joninterŝanĝilo enhavas ( 0,025 pez%, 0,05 pez% kaj 0,1 pez%). { {f}_{Ebenaĵo} }\)) kaj premoperdo (\(\frac{{ \Delta P}_{Tordita}}{{\Delta P }_{Ebenaĵo}}\}) malpliiĝas. kazoj, la frikciokoeficiento kaj premoperdo estas pli altaj ĉe pli malaltaj Reynolds-nombroj La averaĝa frikciokoeficiento kaj premperdo estas inter 3,78 kaj 3,12 La averaĝa frikciokoeficiento kaj premoperdo montras tion (45° helico). angulo kaj 90°) varmointerŝanĝilo kostas trioble pli alta ol konvenciaj tuboj.Krome, kiam la laborlikvaĵo fluas kun pli alta rapideco, la frota koeficiento malpliiĝas.La problemo estiĝas ĉar kiam la Reynolds-nombro pliiĝas, la dikeco de la limtavolo. malpliiĝas, kio kondukas al malkresko de la efiko de dinamika viskozeco sur la tuŝita areo, malpliigo de rapidecgradientoj kaj tondaj streĉoj kaj, sekve, malpliigo de la koeficiento de frotado21.La plibonigita blokada efiko pro la ĉeesto de TT kaj la pliigita kirlado rezultigas signife pli altajn premoperdojn por heterogenaj TT-pipoj ol por bazpipoj.Krome, kaj por la baza tubo kaj por la TT-tubo, oni povas vidi, ke la premofalo pliiĝas kun la rapideco de la laborfluo43.
Koeficiento de frikcio (45° kaj 90° helicperspektivo) kontraŭ Reynolds-nombro por diversaj nanofluidoj komparite kun konvenciaj tuboj.
Premoperdo (45° kaj 90° helicperspektivo) kiel funkcio de Reynolds-nombro por diversaj nanofluidoj relative al konvencia tubo.
Resume, Figuro 15 montras kriteriojn pri taksado de rendimento (PEC) por varmointerŝanĝiloj kun 45° kaj 90° anguloj kompare kun simplaj tuboj (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}} \ ) ) en (0.025 pez%, 0.05 pez% kaj 0.1 pez%) uzante DV, (VNP-SDBS@DV) kaj kovalentajn (VNP-COOH@DV) nanofluidojn.La valoro (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Ebenaĵo}}\)) > 1 en ambaŭ kazoj (45° kaj 90° helico-angulo) en la varmointerŝanĝilo.Krome, (\(\frac{{PEC}_{Tordita}}{{PEC}_{Ebenaĵo}}\)) atingas sian plej bonan valoron ĉe Re = 11,000.La varmointerŝanĝilo de 90° montras etan pliiĝon en (\ (\frac{{PEC}_{Tordita}}{{PEC}_{Ebenaĵo}}\)) kompare kun 45° varmointerŝanĝilo., Je Re = 11,000 0.1 wt%-GNPs@SDBS reprezentas pli altajn (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) valorojn, ekz. 1.25 por 45° varmointerŝanĝilo angulo kaj 1.27 por 90° angula varmointerŝanĝilo.Ĝi estas pli granda ol unu ĉe ĉiuj procentoj de masfrakcio, kio indikas ke pipoj kun torditaj glubendaj enigaĵoj estas pli bonaj ol konvenciaj pipoj.Precipe, la plibonigita varmotransigo disponigita per la glubendaj enigaĵoj rezultigis signifan pliiĝon en frikcioperdoj22.
Efikeckriterioj por la Reynolds-nombro de diversaj nanofluidoj rilate al konvenciaj tuboj (45° kaj 90° helicperspektivo).
Apendico A montras fluliniojn por 45° kaj 90° varmointerŝanĝiloj ĉe Re = 7000 uzante DW, 0.1 wt%-GNP-SDBS@DW kaj 0.1 wt%-GNP-COOH@DW.La flulinioj en la transversa ebeno estas la plej okulfrapa trajto de la efiko de torditaj rubandenigaĵoj sur la ĉefa fluo.La uzo de 45° kaj 90° varmointerŝanĝiloj montras ke la rapideco en la preskaŭ-mura regiono estas proksimume la sama.Dume, Apendico B montras la rapideckonturojn por 45° kaj 90° varmointerŝanĝiloj ĉe Re = 7000 uzante DW, 0.1 wt%-GNP-SDBS@DW kaj 0.1 wt%-GNP-COOH@DW.La rapidecbukloj estas en tri malsamaj lokoj (tranĉaĵoj), ekzemple, Plain-1 (P1 = −30mm), Plain-4 (P4 = 60mm) kaj Plain-7 (P7 = 150mm).La flurapideco proksime de la pipmuro estas plej malsupra kaj la fluida rapideco pliiĝas direkte al la centro de la pipo.Krome, pasinte tra la aerkanalo, la areo de malaltaj rapidoj proksime de la muro pliiĝas.Ĉi tio ŝuldiĝas al la kresko de la hidrodinamika limtavolo, kiu pliigas la dikecon de la malalt-rapideca regiono proksime de la muro.Krome, pliigi la Reynolds-nobron pliigas la totalan rapidecnivelon en ĉiuj sekcoj, tiel reduktante la dikecon de la malalta rapideca regiono en la kanalo39.
Kovalente kaj ne-kovalente funkciigitaj grafenaj nanofolioj estis taksitaj en torditaj bendo-enigaĵoj kun heliksaj anguloj de 45° kaj 90°.La varmointerŝanĝilo estas nombre solvita uzante la SST k-omega turbulecmodelo ĉe 7000 ≤ Re ≤ 17000. La termofizikaj trajtoj estas kalkulitaj ĉe Stano = 308 K. Samtempe varmigi la torditan tubmuron je konstanta temperaturo de 330 K. COOH@DV) estis diluita en tri amaskvantoj, ekzemple (0,025 pez%, 0,05 pez% kaj 0,1 pez%).La nuna studo konsideris ses ĉefajn faktorojn: ellasejotemperaturo, varmotransiga koeficiento, meza Nusselt-nombro, frikciokoeficiento, premoperdo kaj agado-takskriterioj.Jen la ĉefaj trovoj:
La averaĝa elira temperaturo (\({{T}_{out}}_{Nanofluids}\)/\({{T}_{el}}_{Basefluid}\)) estas ĉiam malpli ol 1, kio signifas ke ne-disvastigita La elira temperaturo de valentaj (ZNP-SDBS@DV) kaj kovalentaj (ZNP-COOH@DV) nanofluidoj estas pli malalta ol tiu de la bazlikvaĵo.Dume, la averaĝa elirtemperaturo (\({{T}_{el}}_{Tordita}\)/\({{T}_{el}}_{Ebena}\)) valoro > 1, indikante al la fakto ke (45° kaj 90° helico-angulo) la elira temperaturo estas pli alta ol ĉe konvenciaj tuboj.
En ambaŭ kazoj, la averaĝaj valoroj de la varmotransiga propraĵoj (nanofluido/baza fluido) kaj (tordita tubo/normala tubo) ĉiam montras >1.Ne-kovalentaj (GNPs-SDBS@DW) nanofluidoj montris pli altan mezan pliiĝon en varmotransigo, egalrilatante al kovalentaj (GNPs-COOH@DW) nanofluidoj.
La meza frikciokoeficiento (\({f}_{Nanofluids}/{f}_{Basefluid}\)) de ne-kovalentaj (VNP-SDBS@DW) kaj kovalentaj (VNP-COOH@DW) nanofluidoj ĉiam estas ≈1 .frotado de ne-kovalentaj (ZNP-SDBS@DV) kaj kovalentaj (ZNP-COOH@DV) nanofluidoj (\({f}_{Torditaj}/{f}_{Ebenaĵo}\)) por ĉiam > 3.
En ambaŭ kazoj (45° kaj 90° helica angulo), la nanofluidaĵoj (GNPs-SDBS@DW) montris pli altan (\({\Delta P}_{Nanofluids}/{\Delta P}_{Basefluid}\)) 0.025 pez% por 2,04%, 0,05 pez% por 2,46% kaj 0,1 pez% por 3,44%.Dume, (GNPs-COOH@DW) nanofluidoj montris pli malaltaj (\({\Delta P}_{Nanofluids}/{\Delta P}_{Basefluid}\)) de 1.31% por 0.025 pez% ĝis 1.65% estas 0.05 % laŭ pezo.Krome, la meza premoperdo (\({\Delta P}_{Twisted}/{\Delta P}_{Ebenaĵo}\) de ne-kovalenta (GNPs-SDBS@DW) kaj kovalenta (GNPs-COOH@DW). ))) nanofluidoj ĉiam >3.
En ambaŭ kazoj (45° kaj 90° heliksaj anguloj), la nanofluidaĵoj (GNPs-SDBS@DW) montris pli altan (\({PEC}_{Nanofluids}/{PEC} _{Basefluid}\)) @DW valoro) , ekz. 0,025 pez% - 1,17, 0,05 pez% - 1,19, 0,1 pez% - 1,26.En ĉi tiu kazo, la valoroj de (\({PEC}_{Nanofluids}/{PEC}_{Basefluid}\)) uzantaj (GNPs-COOH@DW) nanofluidaĵoj estas 1,02 por 0,025 pez%, 1,05 por 0 , 05 pezoj.% kaj 1,02 estas 0,1% laŭ pezo.Krome, ĉe Re = 11,000, 0.1 wt%-GNPs@SDBS montris pli altajn valorojn (\({PEC}_{Twisted}/{PEC}_{Plain}\)), kiel ekzemple 1.25 por 45° helico-angulo kaj 90° helica angulo 1.27.
Thianpong, C. et al.Multcela optimumigo de nanofluida titania dioksido/akva fluo en la varmointerŝanĝilo, plifortigita per torditaj glubendaj enigaĵoj kun deltaj flugiloj.interna J. Varma.la scienco.172, 107318 (2022).
Langerudi, HG kaj Jawaerde, C. Eksperimenta studo de ne-Newtoniana fluidofluo en balego enigita kun tipaj kaj V-forma tordita glubendoj.Varmo kaj Amastranslokigo 55, 937–951 (2019).
Dong, X. et al.Eksperimenta studo de la varmotransigo-karakterizaĵoj kaj flurezisto de spiral-tordita tubforma varmointerŝanĝilo [J].Aplika temperaturo.projekto.176, 115397 (2020).
Yongsiri, K. , Eiamsa-Ard, P. , Wongcharee, K. & Eiamsa-Ard, SJCS Plibonigita varmotransigo en turbula kanalfluo kun oblikvaj apartigantaj naĝiloj.topika esplorado.temperaturo.projekto.3, 1–10 (2014).