Cảm ơn bạn đã ghé thăm Nature.com.Bạn đang sử dụng phiên bản trình duyệt có hỗ trợ CSS hạn chế.Để có trải nghiệm tốt nhất, chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng trình duyệt đã cập nhật (hoặc tắt Chế độ tương thích trong Internet Explorer).Ngoài ra, để đảm bảo được hỗ trợ liên tục, chúng tôi hiển thị trang web không có kiểu và JavaScript.
Thanh trượt hiển thị ba bài viết trên mỗi slide.Sử dụng các nút quay lại và tiếp theo để di chuyển qua các trang chiếu hoặc các nút điều khiển trang chiếu ở cuối để di chuyển qua từng trang chiếu.
304 10*1mm Ống thép không gỉ cuộn tại Trung Quốc
Kích thước: 3/4 inch, 1/2 inch, 1 inch, 3 inch, 2 inch
Chiều dài ống đơn vị: 6 mét
Mác thép: 201, 304 VÀ 316
Lớp: 201, 202, 304, 316, 304L, 316 L,
Vật liệu: thép không gỉ
trạng thái: Còn mới
Cuộn ống thép không gỉ
Kích thước: 3/4 inch, 1/2 inch, 1 inch, 3 inch, 2 inch
Chiều dài ống đơn vị: 6 mét
Mác thép: 201, 304 VÀ 316
Lớp: 201, 202, 304, 316, 304L, 316 L,
Vật liệu: thép không gỉ
trạng thái: Còn mới
Chất lỏng nano cộng hóa trị và không cộng hóa trị đã được thử nghiệm trong các ống tròn có gắn băng xoắn với góc xoắn 45° và 90°.Số Reynolds là 7000 ≤ Re 17000, các đặc tính nhiệt lý được đánh giá ở 308 K. Mô hình vật lý được giải bằng số bằng cách sử dụng mô hình độ nhớt hỗn loạn hai tham số (hỗn loạn SST k-omega).Nồng độ (0,025 wt.%, 0,05 wt.% và 0,1 wt.%) của chất lỏng nano ZNP-SDBS@DV và ZNP-COOH@DV đã được xem xét trong nghiên cứu này.Thành ống xoắn được nung nóng ở nhiệt độ không đổi 330 K. Sáu thông số đã được xem xét trong nghiên cứu hiện tại: nhiệt độ đầu ra, hệ số truyền nhiệt, số Nusselt trung bình, hệ số ma sát, tổn thất áp suất và tiêu chí đánh giá hiệu suất.Trong cả hai trường hợp (góc xoắn 45° và 90°), chất lỏng nano ZNP-SDBS@DV thể hiện các đặc tính nhiệt-thủy lực cao hơn ZNP-COOH@DV, và nó tăng lên khi tăng phần khối lượng, ví dụ: 0,025 wt., và 0,05 trọng lượng.là 1,19.% và 1,26 – 0,1% trọng lượng.Trong cả hai trường hợp (góc xoắn 45° và 90°), các giá trị đặc tính nhiệt động khi sử dụng GNP-COOH@DW là 1,02 đối với 0,025% trọng lượng, 1,05 đối với 0,05% trọng lượng.và 1,02 cho 0,1% trọng lượng.
Bộ trao đổi nhiệt là một thiết bị nhiệt động 1 được sử dụng để truyền nhiệt trong quá trình làm mát và sưởi ấm.Các đặc tính nhiệt-thủy lực của bộ trao đổi nhiệt cải thiện hệ số truyền nhiệt và giảm sức cản của chất lỏng làm việc.Một số phương pháp đã được phát triển để cải thiện khả năng truyền nhiệt, bao gồm các chất tăng cường nhiễu loạn2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 và chất lỏng nano12,13,14,15.Chèn băng xoắn là một trong những phương pháp thành công nhất để cải thiện khả năng truyền nhiệt trong bộ trao đổi nhiệt do dễ bảo trì và chi phí thấp7,16.
Trong một loạt các nghiên cứu thực nghiệm và tính toán, các đặc tính thủy nhiệt của hỗn hợp chất lỏng nano và bộ trao đổi nhiệt có chèn băng xoắn đã được nghiên cứu.Trong một nghiên cứu thực nghiệm, các đặc tính thủy nhiệt của ba chất lỏng nano kim loại khác nhau (Ag@DW, Fe@DW và Cu@DW) đã được nghiên cứu trong bộ trao đổi nhiệt băng xoắn kim (STT)17.So với ống đế, hệ số truyền nhiệt của STT được cải thiện lần lượt là 11% và 67%.Cách bố trí SST là tốt nhất xét về mặt kinh tế xét về mặt hiệu quả với tham số α = β = 0,33.Ngoài ra, nồng độ n tăng 18,2% đã được quan sát thấy với Ag@DW, mặc dù mức tăng tổn thất áp suất tối đa chỉ là 8,5%.Các quá trình vật lý truyền nhiệt và tổn thất áp suất trong các ống đồng tâm có và không có bộ tạo rối dạng cuộn đã được nghiên cứu bằng cách sử dụng dòng chảy rối của chất lỏng nano Al2O3@DW có đối lưu cưỡng bức.Số Nusselt trung bình tối đa (Nuavg) và tổn thất áp suất được quan sát thấy ở Re = 20.000 khi bước cuộn dây = 25 mm và chất lỏng nano Al2O3@DW 1,6 thể tích.Các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm cũng đã được tiến hành để nghiên cứu các đặc tính truyền nhiệt và tổn thất áp suất của chất lỏng nano oxit graphene (GO@DW) chảy qua các ống gần như hình tròn có chèn WC.Kết quả cho thấy 0,12 vol%-GO@DW đã làm tăng hệ số truyền nhiệt đối lưu lên khoảng 77%.Trong một nghiên cứu thực nghiệm khác, chất lỏng nano (TiO2@DW) đã được phát triển để nghiên cứu các đặc tính nhiệt-thủy lực của các ống có vết lõm được gắn với miếng băng xoắn20.Hiệu suất thủy nhiệt tối đa là 1,258 đạt được bằng cách sử dụng 0,15 vol%-TiO2@DW được nhúng trong các trục nghiêng 45° với hệ số xoắn là 3,0.Các mô hình mô phỏng một pha và hai pha (hỗn hợp) có tính đến dòng chảy và truyền nhiệt của chất lỏng nano CuO@DW ở các nồng độ chất rắn khác nhau (1–4% thể tích%)21.Hiệu suất nhiệt tối đa của ống được lắp với một băng xoắn là 2,18 và ống được lắp với hai băng xoắn trong cùng điều kiện là 2,04 (kiểu hai pha, Re = 36.000 và 4 vol.%).Dòng chất lỏng nano hỗn loạn phi Newton của carboxymethyl cellulose (CMC) và oxit đồng (CuO) trong các ống chính và ống có phần chèn xoắn đã được nghiên cứu.Nuavg cho thấy mức cải thiện là 16,1% (đối với đường ống chính) và 60% (đối với đường ống cuộn có tỷ lệ (H/D = 5)).Nói chung, tỷ lệ xoắn trên ruy băng thấp hơn dẫn đến hệ số ma sát cao hơn.Trong một nghiên cứu thực nghiệm, ảnh hưởng của ống có băng xoắn (TT) và cuộn dây (VC) đến các đặc tính truyền nhiệt và hệ số ma sát đã được nghiên cứu bằng cách sử dụng chất lỏng nano CuO@DW.Sử dụng 0,3 tập.%-CuO@DW ở mức Re = 20.000 giúp tăng khả năng truyền nhiệt trong ống VK-2 lên giá trị tối đa là 44,45%.Ngoài ra, khi sử dụng cáp xoắn đôi và cuộn dây chèn trong cùng điều kiện biên, hệ số ma sát tăng theo hệ số 1,17 và 1,19 so với DW.Nhìn chung, hiệu suất nhiệt của chất lỏng nano được đưa vào cuộn dây tốt hơn so với hiệu suất nhiệt của chất lỏng nano được đưa vào dây bện.Đặc tính thể tích của dòng chất lỏng nano hỗn loạn (MWCNT@DW) đã được nghiên cứu bên trong một ống nằm ngang được lắp vào một dây xoắn ốc.Các thông số hiệu suất nhiệt đều > 1 trong mọi trường hợp, cho thấy rằng sự kết hợp giữa chất lỏng nano với bộ phận chèn cuộn dây giúp cải thiện khả năng truyền nhiệt mà không tiêu tốn điện năng của máy bơm.Tóm tắt—Các đặc tính thủy nhiệt của bộ trao đổi nhiệt hai ống với nhiều phần chèn khác nhau được làm bằng băng xoắn hình chữ V (VcTT) đã được nghiên cứu trong điều kiện dòng chảy hỗn loạn của chất lỏng nano Al2O3 + TiO2@DW.So với DW trong ống đế, Nuavg có mức cải thiện đáng kể 132% và hệ số ma sát lên tới 55%.Ngoài ra, hiệu suất năng lượng của nanocompozit Al2O3+TiO2@DW trong bộ trao đổi nhiệt hai ống26 cũng đã được thảo luận.Trong nghiên cứu của mình, họ phát hiện ra rằng việc sử dụng Al2O3 + TiO2@DW và TT đã cải thiện hiệu quả dị ứng so với DW.Trong các thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống đồng tâm có bộ khuấy trộn VcTT, Singh và Sarkar27 đã sử dụng vật liệu thay đổi pha (PCM), chất lỏng nano đơn/nanocompozit phân tán (Al2O3@DW với PCM và Al2O3 + PCM).Họ báo cáo rằng sự truyền nhiệt và tổn thất áp suất tăng lên khi hệ số xoắn giảm và nồng độ hạt nano tăng lên.Hệ số độ sâu rãnh chữ V lớn hơn hoặc hệ số chiều rộng nhỏ hơn có thể mang lại khả năng truyền nhiệt và giảm áp suất lớn hơn.Ngoài ra, graphene-platinum (Gr-Pt) đã được sử dụng để nghiên cứu nhiệt, ma sát và tốc độ tạo entropy tổng thể trong các ống có hạt dao 2-TT28.Nghiên cứu của họ cho thấy rằng một tỷ lệ phần trăm nhỏ hơn của (Gr-Pt) làm giảm đáng kể việc tạo ra entropy nhiệt so với sự phát triển entropy ma sát tương đối cao hơn.Hỗn hợp chất lỏng nano Al2O3@MgO và WC hình nón có thể được coi là một hỗn hợp tốt, vì tỷ lệ tăng (h/Δp) có thể cải thiện hiệu suất thủy nhiệt của bộ trao đổi nhiệt hai ống29.Một mô hình số được sử dụng để đánh giá hiệu quả tiết kiệm năng lượng và môi trường của các bộ trao đổi nhiệt với các chất lỏng nano lai ba phần (THNF) (Al2O3 + graphene + MWCNT) lơ lửng trong DW30.Do Tiêu chí Đánh giá Hiệu suất (PEC) của nó nằm trong khoảng 1,42–2,35 nên cần phải có sự kết hợp của Bộ chèn tuabin xoắn giảm áp (DTTI) và (Al2O3 + Graphene + MWCNT).
Cho đến nay, người ta ít chú ý đến vai trò của chức năng hóa cộng hóa trị và không cộng hóa trị trong dòng thủy động lực trong chất lỏng nhiệt.Mục đích cụ thể của nghiên cứu này là so sánh các đặc tính nhiệt-thủy lực của chất lỏng nano (ZNP-SDBS@DV) và (ZNP-COOH@DV) trong các vật liệu chèn băng xoắn có góc xoắn 45° và 90°.Các đặc tính nhiệt lý được đo ở Tin = 308 K. Trong trường hợp này, ba phần khối lượng đã được tính đến trong quá trình so sánh, chẳng hạn như (0,025 wt.%, 0,05 wt.% và 0,1 wt.%).Sự truyền ứng suất cắt trong mô hình dòng chảy rối 3D (SST k-ω) được sử dụng để giải các đặc tính nhiệt-thủy lực.Vì vậy, nghiên cứu này đóng góp đáng kể vào việc nghiên cứu các tính chất tích cực (truyền nhiệt) và tính chất tiêu cực (giảm áp suất do ma sát), thể hiện các đặc tính nhiệt-thủy lực và tối ưu hóa chất lỏng làm việc thực tế trong các hệ thống kỹ thuật như vậy.
Cấu hình cơ bản là ống trơn (L = 900 mm và Dh = 20 mm).Kích thước băng xoắn được chèn (dài = 20 mm, dày = 0,5 mm, tiết diện = 30 mm).Trong trường hợp này, chiều dài, chiều rộng và hành trình của mặt cắt xoắn ốc lần lượt là 20 mm, 0,5 mm và 30 mm.Các băng xoắn có góc nghiêng 45° và 90°.Các chất lỏng hoạt động khác nhau như DW, chất lỏng nano không cộng hóa trị (GNF-SDBS@DW) và chất lỏng nano cộng hóa trị (GNF-COOH@DW) ở Tin = 308 K, ba nồng độ khối lượng khác nhau và số Reynold khác nhau.Các thử nghiệm được thực hiện bên trong bộ trao đổi nhiệt.Thành ngoài của ống xoắn ốc được nung nóng ở nhiệt độ bề mặt không đổi 330 K để kiểm tra các thông số nhằm cải thiện khả năng truyền nhiệt.
Trên hình.1 dưới dạng sơ đồ thể hiện một ống chèn băng xoắn với các điều kiện biên và diện tích được chia lưới có thể áp dụng được.Như đã đề cập trước đó, các điều kiện biên vận tốc và áp suất áp dụng cho phần đầu vào và phần đầu ra của chuỗi xoắn.Ở nhiệt độ bề mặt không đổi, thành ống sẽ có trạng thái chống trượt.Mô phỏng số hiện tại sử dụng giải pháp dựa trên áp suất.Đồng thời, sử dụng chương trình (ANSYS FLUENT 2020R1) để chuyển phương trình vi phân từng phần (PDE) thành hệ phương trình đại số sử dụng phương pháp thể tích hữu hạn (FMM).Phương pháp SIMPLE bậc hai (phương pháp bán ngầm cho các phương trình phụ thuộc áp suất tuần tự) có liên quan đến vận tốc-áp suất.Cần nhấn mạnh rằng độ hội tụ của phần dư đối với các phương trình khối lượng, động lượng và năng lượng lần lượt nhỏ hơn 103 và 106.
p Sơ đồ các miền vật lý và tính toán: (a) góc xoắn 90°, (b) góc xoắn 45°, (c) không có lưỡi xoắn.
Một mô hình đồng nhất được sử dụng để giải thích các tính chất của chất lỏng nano.Bằng cách kết hợp các vật liệu nano vào chất lỏng cơ bản (DW), một chất lỏng liên tục có đặc tính nhiệt tuyệt vời sẽ được hình thành.Về vấn đề này, nhiệt độ và vận tốc của chất lỏng cơ bản và vật liệu nano có cùng giá trị.Do các lý thuyết và giả định trên, dòng chảy một pha hiệu quả hoạt động trong nghiên cứu này.Một số nghiên cứu đã chứng minh tính hiệu quả và khả năng ứng dụng của các kỹ thuật một pha đối với dòng chất lỏng nano31,32.
Dòng chảy của chất lỏng nano phải hỗn loạn kiểu Newton, không thể nén được và đứng yên.Công việc nén và gia nhiệt nhớt không liên quan trong nghiên cứu này.Ngoài ra, độ dày của thành trong và ngoài của ống không được tính đến.Do đó, các phương trình bảo toàn khối lượng, động lượng và năng lượng xác định mô hình nhiệt có thể được biểu diễn như sau:
trong đó \(\overrightarrow{V}\) là vectơ vận tốc trung bình, Keff = K + Kt là độ dẫn nhiệt hiệu quả của chất lỏng nano cộng hóa trị và không cộng hóa trị, và ε là tốc độ tiêu tán năng lượng.Các đặc tính nhiệt lý hiệu quả của chất lỏng nano, bao gồm mật độ (ρ), độ nhớt (μ), nhiệt dung riêng (Cp) và độ dẫn nhiệt (k), thể hiện trong bảng, được đo trong một nghiên cứu thực nghiệm ở nhiệt độ 308 K1 khi sử dụng trong những mô phỏng này.
Các mô phỏng bằng số của dòng chất lỏng nano hỗn loạn trong các ống thông thường và ống TT đã được thực hiện ở số Reynolds 7000 ≤ Re 17000. Các mô phỏng và hệ số truyền nhiệt đối lưu này được phân tích bằng mô hình nhiễu loạn κ-ω của Mentor về truyền ứng suất cắt (SST) tính trung bình trên nhiễu loạn Reynolds mô hình Navier-Stokes, thường được sử dụng trong nghiên cứu khí động học.Ngoài ra, mô hình hoạt động không có chức năng tường và có độ chính xác gần tường 35,36.(SST) κ-ω điều chỉnh các phương trình của mô hình nhiễu loạn như sau:
trong đó \(S\) là giá trị của tốc độ biến dạng và \(y\) là khoảng cách đến bề mặt liền kề.Trong khi đó, \({\alpha__{1}\), \({\alpha__{2}\), \({\beta__{1}\), \({\beta__{ 2 }\), \({\beta}^{*}\), \({\sigma__{{k} _{1}}\), \({\sigma__{{k} _{ 2 }}\), \({\sigma} _{{\omega__{1}}\) và \({\sigma__{{\omega__{2}}\) biểu thị tất cả các hằng số mô hình.F1 và F2 là các hàm hỗn hợp.Lưu ý: F1 = 1 ở lớp biên, 0 ở luồng tới.
Các thông số đánh giá hiệu suất được sử dụng để nghiên cứu sự truyền nhiệt đối lưu hỗn loạn, dòng chất lỏng nano cộng hóa trị và không cộng hóa trị, ví dụ31:
Trong ngữ cảnh này, (\(\rho\)), (\(v\)), (\({D__{h}\)) và (\(\mu\)) được sử dụng cho mật độ, vận tốc chất lỏng , đường kính thủy lực và độ nhớt động.(\({C} _{p}\, \mathrm{u}\, k\)) – nhiệt dung riêng và độ dẫn nhiệt của chất lỏng đang chảy.Ngoài ra, (\(\dot{m}\)) đề cập đến lưu lượng khối và (\({T} _{out}-{T} _{in}\)) đề cập đến chênh lệch nhiệt độ đầu vào và đầu ra.(NF) dùng để chỉ chất lỏng nano cộng hóa trị, không cộng hóa trị và (DW) dùng để chỉ nước cất (chất lỏng gốc).\({A} _{s} = \pi DL\), \({\overline{T}__{f}=\frac{\left({T__{out}-{T__{in }\right)}{2}\) và \({\overline{T}__{w}=\sum \frac{{T} _{w}}{n}\).
Các đặc tính nhiệt vật lý của chất lỏng cơ bản (DW), chất lỏng nano không cộng hóa trị (GNF-SDBS@DW) và chất lỏng nano cộng hóa trị (GNF-COOH@DW) được lấy từ tài liệu đã xuất bản (nghiên cứu thực nghiệm), Sn = 308 K, như được thể hiện trong Bảng 134. Trong một thí nghiệm điển hình để thu được chất lỏng nano không cộng hóa trị (GNP-SDBS@DW) với phần trăm khối lượng đã biết, một số gam GNP sơ cấp ban đầu được cân trên cân kỹ thuật số.Tỷ lệ trọng số của SDBS/GNP gốc là (0,5:1) tính theo DW.Trong trường hợp này, chất lỏng nano cộng hóa trị (COOH-GNP@DW) được tổng hợp bằng cách thêm các nhóm carboxyl vào bề mặt GNP bằng môi trường axit mạnh với tỷ lệ thể tích (1:3) của HNO3 và H2SO4.Chất lỏng nano cộng hóa trị và không cộng hóa trị lơ lửng trong DW ở ba tỷ lệ phần trăm trọng lượng khác nhau như 0,025 wt%, 0,05 wt%.và 0,1% khối lượng.
Các thử nghiệm tính độc lập của lưới được thực hiện trong bốn miền tính toán khác nhau để đảm bảo rằng kích thước mắt lưới không ảnh hưởng đến mô phỏng.Trong trường hợp ống xoắn 45°, số lượng đơn vị có kích thước đơn vị 1,75 mm là 249.033, số đơn vị có kích thước đơn vị 2,25 mm là 307.969, số lượng đơn vị có kích thước đơn vị 2,25 mm là 421.406 và số lượng đơn vị với kích thước đơn vị tương ứng là 2 ,5 mm 564 940.Ngoài ra, trong ví dụ về ống xoắn 90°, số phần tử có kích thước phần tử 1,75 mm là 245.531, số phần tử có kích thước phần tử 2 mm là 311.584, số phần tử có kích thước phần tử 2,25 mm là 422.708 và số phần tử có kích thước phần tử 2,5 mm tương ứng là 573.826.Độ chính xác của các chỉ số thuộc tính nhiệt như (Tout, htc và Nuavg) tăng lên khi số lượng phần tử giảm.Đồng thời, độ chính xác của các giá trị hệ số ma sát và độ giảm áp suất cho thấy một hành vi hoàn toàn khác (Hình 2).Lưới (2) được sử dụng làm vùng lưới chính để đánh giá các đặc tính nhiệt-thủy lực trong trường hợp mô phỏng.
Kiểm tra hiệu suất truyền nhiệt và giảm áp suất độc lập với lưới bằng cách sử dụng cặp ống DW xoắn ở góc 45° và 90°.
Các kết quả số hiện tại đã được xác nhận về hiệu suất truyền nhiệt và hệ số ma sát bằng cách sử dụng các phương trình và tương quan thực nghiệm nổi tiếng như Dittus-Belter, Petukhov, Gnelinsky, Notter-Rouse và Blasius.Việc so sánh được thực hiện trong điều kiện 7000
Phần này thảo luận về các tính chất nhiệt của chất lỏng nano dạng nước không cộng hóa trị (LNP-SDBS) và cộng hóa trị (LNP-COOH) ở ba phần khối lượng khác nhau và số Reynold là trung bình so với chất lỏng gốc (DW).Hai dạng hình học của bộ trao đổi nhiệt đai dạng cuộn (góc xoắn 45° và 90°) được thảo luận với giá 7000 Re 17000. Trong hình.Hình 4 cho thấy nhiệt độ trung bình khi chất lỏng nano thoát vào chất lỏng cơ bản (DW) (\(\frac{{{T} _{out}__{NFs}}{{{T__{out}__{ DW } } \) ) ở mức (0,025% trọng lượng, 0,05% trọng lượng và 0,1% trọng lượng).(\(\frac{{{T}}}\)) luôn nhỏ hơn 1, có nghĩa là nhiệt độ đầu ra là chất lỏng nano không cộng hóa trị (VNP-SDBS) và cộng hóa trị (VNP-COOH) ở dưới nhiệt độ ở đầu ra của chất lỏng cơ bản.Mức giảm thấp nhất và cao nhất lần lượt là 0,1 wt%-COOH@GNPs và 0,1 wt%-SDBS@GNPs.Hiện tượng này là do sự gia tăng số Reynolds ở một phần khối lượng không đổi, dẫn đến sự thay đổi tính chất của chất lỏng nano (nghĩa là mật độ và độ nhớt động).
Hình 5 và 6 cho thấy đặc tính truyền nhiệt trung bình của chất lỏng nano sang chất lỏng gốc (DW) ở mức (0,025 wt.%, 0,05 wt.% và 0,1 wt.%).Đặc tính truyền nhiệt trung bình luôn lớn hơn 1, điều đó có nghĩa là đặc tính truyền nhiệt của chất lỏng nano không cộng hóa trị (LNP-SDBS) và cộng hóa trị (LNP-COOH) được tăng cường so với chất lỏng gốc.0,1 wt%-COOH@GNPs và 0,1 wt%-SDBS@GNPs lần lượt đạt được mức tăng thấp nhất và cao nhất.Khi số Reynolds tăng do sự trộn lẫn chất lỏng nhiều hơn và nhiễu loạn trong ống 1, hiệu suất truyền nhiệt được cải thiện.Chất lỏng qua các khe hở nhỏ đạt vận tốc cao hơn, dẫn đến lớp biên vận tốc/nhiệt mỏng hơn, làm tăng tốc độ truyền nhiệt.Việc bổ sung thêm nhiều hạt nano vào chất lỏng cơ bản có thể mang lại cả kết quả tích cực và tiêu cực.Các tác động có lợi bao gồm tăng va chạm hạt nano, yêu cầu về tính dẫn nhiệt của chất lỏng thuận lợi và tăng cường truyền nhiệt.
Hệ số truyền nhiệt của chất lỏng nano sang chất lỏng cơ bản phụ thuộc vào số Reynolds đối với ống 45° và 90°.
Đồng thời, tác động tiêu cực là làm tăng độ nhớt động của chất lỏng nano, làm giảm độ linh động của chất lỏng nano, do đó làm giảm số lượng Nusselt trung bình (Nuavg).Độ dẫn nhiệt của chất lỏng nano (ZNP-SDBS@DW) và (ZNP-COOH@DW) tăng lên là do chuyển động Brown và vi đối lưu của các hạt nano graphene lơ lửng trong DW37.Độ dẫn nhiệt của chất lỏng nano (ZNP-COOH@DV) cao hơn độ dẫn nhiệt của chất lỏng nano (ZNP-SDBS@DV) và nước cất.Việc bổ sung thêm nhiều vật liệu nano vào chất lỏng cơ bản sẽ làm tăng độ dẫn nhiệt của chúng (Bảng 1)38.
Hình 7 minh họa hệ số ma sát trung bình của chất lỏng nano với chất lỏng gốc (DW) (f(NFs)/f(DW)) tính theo phần trăm khối lượng (0,025%, 0,05% và 0,1%).Hệ số ma sát trung bình luôn là ≈1, có nghĩa là chất lỏng nano không cộng hóa trị (GNF-SDBS@DW) và cộng hóa trị (GNF-COOH@DW) có cùng hệ số ma sát với chất lỏng cơ bản.Bộ trao đổi nhiệt có ít không gian hơn sẽ tạo ra nhiều tắc nghẽn dòng chảy hơn và tăng ma sát dòng chảy1.Về cơ bản, hệ số ma sát tăng nhẹ khi tăng phần khối lượng của chất lỏng nano.Tổn thất ma sát cao hơn là do độ nhớt động học của chất lỏng nano tăng lên và ứng suất cắt tăng lên trên bề mặt với tỷ lệ phần trăm khối lượng nanographene trong chất lỏng cơ bản cao hơn.Bảng (1) cho thấy độ nhớt động của chất lỏng nano (ZNP-SDBS@DV) cao hơn độ nhớt động của chất lỏng nano (ZNP-COOH@DV) ở cùng một tỷ lệ trọng lượng, có liên quan đến việc bổ sung các hiệu ứng bề mặt.tác nhân hoạt động trên chất lỏng nano không cộng hóa trị.
Trên hình.Hình 8 cho thấy chất lỏng nano so với chất lỏng gốc (DW) (\(\frac{{\Delta P__{NFs}}{{\Delta P__{DW}}\)) ở mức (0,025%, 0,05% và 0,1% ).Chất lỏng nano không cộng hóa trị (GNPs-SDBS@DW) cho thấy tổn thất áp suất trung bình cao hơn và với tỷ lệ phần trăm khối lượng tăng lên 2,04% đối với 0,025% trọng lượng, 2,46% đối với 0,05% trọng lượng.và 3,44% cho 0,1% trọng lượng.với phần vỏ mở rộng (góc xoắn 45° và 90°).Trong khi đó, chất lỏng nano (GNPs-COOH@DW) cho thấy tổn thất áp suất trung bình thấp hơn, tăng từ 1,31% ở mức 0,025% trọng lượng.lên tới 1,65% ở mức 0,05% trọng lượng.Tổn thất áp suất trung bình 0,05 wt.%-COOH@NP và 0,1 wt.%-COOH@NP là 1,65%.Có thể thấy, độ giảm áp suất tăng khi số Re tăng trong mọi trường hợp.Sự giảm áp suất tăng ở giá trị Re cao được biểu thị bằng sự phụ thuộc trực tiếp vào lưu lượng thể tích.Do đó, số Re trong ống cao hơn dẫn đến độ giảm áp suất cao hơn, điều này đòi hỏi phải tăng công suất bơm39,40.Ngoài ra, tổn thất áp suất cao hơn do cường độ xoáy và nhiễu loạn cao hơn được tạo ra bởi diện tích bề mặt lớn hơn, làm tăng sự tương tác giữa áp suất và lực quán tính trong lớp biên1.
Nói chung, tiêu chí đánh giá hiệu suất (PEC) đối với chất lỏng nano không cộng hóa trị (VNP-SDBS@DW) và cộng hóa trị (VNP-COOH@DW) được thể hiện trong Hình.9. Nanofluid (ZNP-SDBS@DV) cho thấy giá trị PEC cao hơn (ZNP-COOH@DV) trong cả hai trường hợp (góc xoắn 45° và 90°) và nó được cải thiện bằng cách tăng phần khối lượng, ví dụ: 0,025 trọng lượng.%.%.là 1,17, 0,05% trọng lượng là 1,19 và 0,1% trọng lượng là 1,26.Trong khi đó, giá trị PEC sử dụng chất lỏng nano (GNPs-COOH@DW) là 1,02 cho 0,025 wt%, 1,05 cho 0,05 wt%, 1,05 cho 0,1 wt%.trong cả hai trường hợp (góc xoắn 45° và 90°).1,02.Theo quy luật, khi số Reynolds tăng, hiệu suất nhiệt-thủy lực giảm đáng kể.Khi số Reynolds tăng lên, việc giảm hệ số hiệu suất nhiệt-thủy lực có liên quan một cách hệ thống với sự gia tăng (NuNFs/NuDW) và giảm (fNFs/fDW).
Đặc tính thủy nhiệt của chất lỏng nano đối với chất lỏng cơ bản tùy thuộc vào số Reynolds đối với các ống có góc 45° và 90°.
Phần này thảo luận về các tính chất nhiệt của nước (DW), chất lỏng nano không cộng hóa trị (VNP-SDBS@DW) và cộng hóa trị (VNP-COOH@DW) ở ba nồng độ khối lượng và số Reynold khác nhau.Hai dạng hình học của bộ trao đổi nhiệt đai dạng cuộn đã được xem xét trong phạm vi 7000 ≤ Re 17000 đối với các ống thông thường (góc xoắn 45° và 90°) để đánh giá hiệu suất nhiệt-thủy lực trung bình.Trên hình.Hình 10 cho thấy nhiệt độ của nước và chất lỏng nano ở đầu ra ở mức trung bình sử dụng (góc xoắn 45° và 90°) đối với một đường ống thông thường (\(\frac{{{T}__{out}__{Twisted}}{{ {T} _{out}__{Thông thường}}\)).Chất lỏng nano không cộng hóa trị (GNP-SDBS@DW) và cộng hóa trị (GNP-COOH@DW) có ba phần trọng lượng khác nhau như 0,025 wt%, 0,05 wt% và 0,1 wt%.Như thể hiện trong hình.11, giá trị trung bình của nhiệt độ đầu ra (\(\frac{{{T} _{out}__{Twisted}}{{{T__{out}__{Plain}}\)) > 1, chỉ ra rằng (góc xoắn 45° và 90°) nhiệt độ ở đầu ra của bộ trao đổi nhiệt cao hơn nhiệt độ của ống thông thường, do cường độ nhiễu loạn lớn hơn và sự trộn chất lỏng tốt hơn.Ngoài ra, nhiệt độ ở đầu ra của DW, chất lỏng nano không cộng hóa trị và cộng hóa trị giảm khi số Reynolds tăng.Chất lỏng gốc (DW) có nhiệt độ đầu ra trung bình cao nhất.Trong khi đó, giá trị thấp nhất đề cập đến 0,1 wt%-SDBS@GNPs.Chất lỏng nano không cộng hóa trị (GNPs-SDBS@DW) cho thấy nhiệt độ đầu ra trung bình thấp hơn so với chất lỏng nano cộng hóa trị (GNPs-COOH@DW).Vì băng xoắn làm cho trường dòng chảy hỗn hợp hơn nên dòng nhiệt gần thành có thể dễ dàng đi qua chất lỏng hơn, làm tăng nhiệt độ tổng thể.Tỷ lệ xoắn trên băng thấp hơn dẫn đến khả năng xuyên thấu tốt hơn và do đó truyền nhiệt tốt hơn.Mặt khác, có thể thấy rằng băng cuộn duy trì nhiệt độ thấp hơn so với tường, từ đó làm tăng Nuavg.Đối với các miếng chèn băng xoắn, giá trị Nuavg cao hơn cho thấy khả năng truyền nhiệt đối lưu trong ống được cải thiện22.Do đường dẫn dòng chảy tăng lên và sự trộn lẫn và nhiễu loạn bổ sung, thời gian lưu trú tăng lên, dẫn đến nhiệt độ của chất lỏng ở đầu ra41 tăng lên.
Số Reynolds của các chất lỏng nano khác nhau so với nhiệt độ đầu ra của các ống thông thường (góc xoắn 45° và 90°).
Hệ số truyền nhiệt (góc xoắn 45° và 90°) so với số Reynolds của các chất lỏng nano khác nhau so với các ống thông thường.
Cơ chế chính của việc tăng cường truyền nhiệt băng cuộn như sau: 1. Giảm đường kính thủy lực của ống trao đổi nhiệt dẫn đến tăng tốc độ dòng chảy và độ cong, từ đó làm tăng ứng suất cắt ở tường và thúc đẩy chuyển động thứ cấp.2. Do băng quấn bị tắc, tốc độ ở thành ống tăng lên và độ dày của lớp ranh giới giảm xuống.3. Dòng chảy xoắn ốc phía sau đai xoắn dẫn đến tăng tốc độ.4. Các xoáy cảm ứng cải thiện sự trộn lẫn chất lỏng giữa vùng trung tâm và vùng gần thành của dòng chảy42.Trên hình.11 và hình.Hình 12 cho thấy các đặc tính truyền nhiệt của DW và chất lỏng nano, ví dụ (hệ số truyền nhiệt và số Nusselt trung bình) là mức trung bình khi sử dụng ống chèn băng xoắn so với các ống thông thường.Chất lỏng nano không cộng hóa trị (GNP-SDBS@DW) và cộng hóa trị (GNP-COOH@DW) có ba phần trọng lượng khác nhau như 0,025 wt%, 0,05 wt% và 0,1 wt%.Ở cả hai bộ trao đổi nhiệt (góc xoắn 45° và 90°), hiệu suất truyền nhiệt trung bình là >1, cho thấy sự cải thiện về hệ số truyền nhiệt và số Nusselt trung bình với ống cuộn so với ống thông thường.Chất lỏng nano không cộng hóa trị (GNPs-SDBS@DW) cho thấy mức độ cải thiện truyền nhiệt trung bình cao hơn so với chất lỏng nano cộng hóa trị (GNPs-COOH@DW).Ở mức Re = 900, hiệu suất truyền nhiệt -SDBS@GNPs được cải thiện 0,1% trọng lượng đối với hai bộ trao đổi nhiệt (góc xoắn 45° và 90°) là cao nhất với giá trị là 1,90.Điều này có nghĩa là hiệu ứng TP đồng đều quan trọng hơn khi vận tốc chất lỏng thấp hơn (số Reynold)43 và cường độ nhiễu loạn tăng lên.Do có nhiều xoáy nên hệ số truyền nhiệt và số Nusselt trung bình của ống TT cao hơn ống thông thường, dẫn đến lớp ranh giới mỏng hơn.Sự hiện diện của HP có làm tăng cường độ nhiễu loạn, trộn lẫn các dòng chất lỏng làm việc và tăng cường truyền nhiệt so với ống cơ sở (không chèn băng xoắn)21.
Số Nusselt trung bình (góc xoắn 45° và 90°) so với số Reynolds của các chất lỏng nano khác nhau so với các ống thông thường.
Hình 13 và 14 thể hiện hệ số ma sát trung bình (\(\frac{{f__{Twisted}}{{f>Hệ số ma sát (góc xoắn 45° và 90°) so với số Reynolds của các chất lỏng nano khác nhau so với các ống thông thường.
Mất áp suất (góc xoắn 45° và 90°) là hàm của số Reynolds đối với các chất lỏng nano khác nhau so với ống thông thường.
Tóm lại, Hình 15 thể hiện tiêu chí đánh giá hiệu suất (PEC) của bộ trao đổi nhiệt có góc 45° và 90° so với ống trơn (\(\frac{{PEC__{Twisted}}{{PEC__{Plain}} \ ) ) trong (0,025 wt.%, 0,05 wt.% và 0,1 wt.%) sử dụng chất lỏng nano DV, (VNP-SDBS@DV) và cộng hóa trị (VNP-COOH@DV).Giá trị (\(\frac{{PEC} _{Twisted}}{{PEC__{Plain}}\)) > 1 trong cả hai trường hợp (góc xoắn 45° và 90°) trong bộ trao đổi nhiệt.Ngoài ra, (\(\frac{{PEC} _{Twisted}}{{PEC} _{Plain}}\)) đạt giá trị tốt nhất ở mức Re = 11.000.Bộ trao đổi nhiệt 90° cho thấy sự gia tăng nhẹ về (\ (\frac{{PEC__{Twisted}}{{PEC__{Plain}}\)) so với bộ trao đổi nhiệt 45°., Tại Re = 11.000 0,1 wt%-GNPs@SDBS đại diện cho các giá trị (\(\frac{{PEC__{Twisted}}{{PEC__{Plain}}\)) cao hơn, ví dụ: 1,25 cho góc trao đổi nhiệt 45° và 1,27 cho bộ trao đổi nhiệt góc 90°.Nó lớn hơn một phần trăm khối lượng, điều này cho thấy rằng các ống có chèn băng xoắn tốt hơn các ống thông thường.Đáng chú ý là khả năng truyền nhiệt được cải thiện do lớp băng chèn mang lại đã làm tăng đáng kể tổn thất do ma sát22.
Tiêu chí hiệu quả đối với số Reynolds của các chất lỏng nano khác nhau so với các ống thông thường (góc xoắn 45° và 90°).
Phụ lục A thể hiện sự hợp lý hóa cho các bộ trao đổi nhiệt 45° và 90° ở Re = 7000 sử dụng DW, 0,1 wt%-GNP-SDBS@DW và 0,1 wt%-GNP-COOH@DW.Các đường thẳng trong mặt phẳng ngang là đặc điểm nổi bật nhất về tác dụng của các dải ruy băng xoắn trên dòng chảy chính.Việc sử dụng bộ trao đổi nhiệt 45° và 90° cho thấy vận tốc ở vùng gần tường là gần như nhau.Trong khi đó, Phụ lục B thể hiện đường cong vận tốc cho bộ trao đổi nhiệt 45° và 90° ở Re = 7000 sử dụng DW, 0,1 wt%-GNP-SDBS@DW và 0,1 wt%-GNP-COOH@DW.Các vòng vận tốc nằm ở ba vị trí (lát) khác nhau, ví dụ: Plain-1 (P1 = −30mm), Plain-4 (P4 = 60mm) và Plain-7 (P7 = 150mm).Vận tốc dòng chảy gần thành ống là thấp nhất và vận tốc chất lỏng tăng dần về phía tâm ống.Ngoài ra, khi đi qua ống dẫn khí, diện tích vận tốc thấp gần tường tăng lên.Điều này là do sự phát triển của lớp ranh giới thủy động lực, làm tăng độ dày của vùng vận tốc thấp gần tường.Ngoài ra, việc tăng số Reynolds sẽ làm tăng mức vận tốc tổng thể ở tất cả các mặt cắt ngang, do đó làm giảm độ dày của vùng vận tốc thấp trong kênh39.
Các tấm nano graphene có chức năng cộng hóa trị và không cộng hóa trị đã được đánh giá ở dạng chèn băng xoắn có góc xoắn 45° và 90°.Thiết bị trao đổi nhiệt được giải số bằng mô hình nhiễu loạn SST k-omega ở 7000 ≤ Re ≤ 17000. Các đặc tính nhiệt lý được tính toán ở Tin = 308 K. Đồng thời nung nóng thành ống xoắn ở nhiệt độ không đổi 330 K. COOH@DV) được pha loãng theo ba lượng khối lượng, ví dụ (0,025% trọng lượng, 0,05% trọng lượng và 0,1% trọng lượng).Nghiên cứu hiện tại đã xem xét sáu yếu tố chính: nhiệt độ đầu ra, hệ số truyền nhiệt, số Nusselt trung bình, hệ số ma sát, tổn thất áp suất và tiêu chí đánh giá hiệu suất.Dưới đây là những phát hiện chính:
Nhiệt độ đầu ra trung bình (\({{T} _{out}__{Nanofluids}\)/\({{T__{out}__{Basefluid}\)) luôn nhỏ hơn 1, điều đó có nghĩa là không lan rộng Nhiệt độ đầu ra của chất lỏng nano hóa trị (ZNP-SDBS@DV) và cộng hóa trị (ZNP-COOH@DV) thấp hơn nhiệt độ của chất lỏng cơ bản.Trong khi đó, giá trị nhiệt độ đầu ra trung bình (\({{T} _{out}__{Twisted}\)/\({{T} _{out}__{Plain}\)) > 1, biểu thị thực tế là (góc xoắn 45° và 90°) nhiệt độ đầu ra cao hơn so với các ống thông thường.
Trong cả hai trường hợp, giá trị trung bình của đặc tính truyền nhiệt (chất lỏng nano/chất lỏng gốc) và (ống xoắn/ống thông thường) luôn hiển thị >1.Chất lỏng nano không cộng hóa trị (GNPs-SDBS@DW) cho thấy mức truyền nhiệt trung bình tăng cao hơn, tương ứng với chất lỏng nano cộng hóa trị (GNPs-COOH@DW).
Hệ số ma sát trung bình (\({f} _{Nanofluids}/{f__{Basefluid}\)) của chất lỏng nano không cộng hóa trị (VNP-SDBS@DW) và cộng hóa trị (VNP-COOH@DW) luôn là ≈1 .ma sát của chất lỏng nano không cộng hóa trị (ZNP-SDBS@DV) và cộng hóa trị (ZNP-COOH@DV) (\({f} _{Twisted}/{f} _{Plain}\)) luôn > 3.
Trong cả hai trường hợp (góc xoắn 45° và 90°), chất lỏng nano (GNPs-SDBS@DW) đều hiển thị cao hơn (\({\Delta P__{Nanofluids}/{\Delta P>3.
Trong cả hai trường hợp (góc xoắn 45° và 90°), chất lỏng nano (GNPs-SDBS@DW) cho thấy giá trị @DW (\({PEC__{Nanofluids}/{PEC} _{Basefluid}\)) @DW cao hơn) , ví dụ 0,025% trọng lượng – 1,17, 0,05% trọng lượng – 1,19, 0,1% trọng lượng – 1,26.Trong trường hợp này, các giá trị của (\({PEC} _{Nanofluids}/{PEC__{Basefluid}\)) sử dụng chất lỏng nano (GNPs-COOH@DW) là 1,02 cho 0,025 wt.%, 1,05 cho 0 , 05 trọng lượng.% và 1,02 là 0,1% trọng lượng.Ngoài ra, ở Re = 11.000, 0,1 wt%-GNPs@SDBS cho thấy các giá trị cao hơn (\({PEC__{Twisted}/{PEC__{Plain}\)), chẳng hạn như 1,25 cho góc xoắn 45° và góc xoắn 90° 1,27.
Thianpong, C. và cộng sự.Tối ưu hóa đa mục đích dòng chất lỏng titan dioxide/nước trong bộ trao đổi nhiệt, được tăng cường bằng cách chèn băng xoắn với cánh tam giác.nội J. Nóng.khoa học.172, 107318 (2022).
Langerudi, HG và Jawaerde, C. Nghiên cứu thực nghiệm về dòng chất lỏng phi Newton trong ống thổi được chèn bằng băng xoắn điển hình và hình chữ V.Truyền nhiệt và truyền khối 55, 937–951 (2019).
Đồng, X. và cộng sự.Nghiên cứu thực nghiệm đặc tính truyền nhiệt và khả năng cản dòng của bộ trao đổi nhiệt dạng ống xoắn ốc [J].Nhiệt độ ứng dụng.dự án.176, 115397 (2020).
Yongsiri, K., Eiamsa-Ard, P., Wongcharee, K. & Eiamsa-Ard, SJCS Cải thiện khả năng truyền nhiệt trong dòng chảy hỗn loạn của kênh với các vây phân cách xiên.nghiên cứu chuyên đề.nhiệt độ.dự án.3, 1–10 (2014).
Thời gian đăng: 17-03-2023