Dankie dat jy Nature.com besoek het.Jy gebruik 'n blaaierweergawe met beperkte CSS-ondersteuning.Vir die beste ervaring, beveel ons aan dat jy 'n opgedateerde blaaier gebruik (of versoenbaarheidsmodus in Internet Explorer deaktiveer).Daarbenewens, om deurlopende ondersteuning te verseker, wys ons die webwerf sonder style en JavaScript.
Sliders wat drie artikels per skyfie wys.Gebruik die terug- en volgende-knoppies om deur die skyfies te beweeg, of die skyfiebeheerknoppies aan die einde om deur elke skyfie te beweeg.
304 10*1mm vlekvrye staal opgerolde buis in China
Grootte: 3/4 duim, 1/2 duim, 1 duim, 3 duim, 2 duim
Eenheid pyp lengte: 6 meter
Staalgraad: 201, 304 EN 316
Graad: 201, 202, 304, 316, 304L, 316 L,
Materiaal: Vlekvrye STAAL
Toestand: Nuut
Roesvrye staal buisspoel
Grootte: 3/4 duim, 1/2 duim, 1 duim, 3 duim, 2 duim
Eenheid pyp lengte: 6 meter
Staalgraad: 201, 304 EN 316
Graad: 201, 202, 304, 316, 304L, 316 L,
Materiaal: Vlekvrye STAAL
Toestand: Nuut
Kovalente en nie-kovalente nanovloeistowwe is getoets in ronde buise wat toegerus is met gedraaide band-insetsels met helikshoeke van 45° en 90°.Die Reynolds-getal was 7000 ≤ Re ≤ 17000, die termofisiese eienskappe is geëvalueer by 308 K. Die fisiese model word numeries opgelos deur 'n twee-parameter turbulente viskositeitsmodel (SST k-omega turbulensie) te gebruik.Die konsentrasies (0.025 gew.%, 0.05 gew.% en 0.1 gew.%) van die nanovloeistowwe ZNP-SDBS@DV en ZNP-COOH@DV is in die werk oorweeg.Die wande van die gedraaide buise word verhit teen 'n konstante temperatuur van 330 K. Ses parameters is in die huidige studie oorweeg: uitlaattemperatuur, hitte-oordragkoëffisiënt, gemiddelde Nusselt-getal, wrywingskoëffisiënt, drukverlies en prestasie-evalueringskriteria.In beide gevalle (helikshoek van 45° en 90°), het die ZNP-SDBS@DV nanovloeistof hoër termiese-hidrouliese eienskappe as ZNP-COOH@DV getoon, en dit het toegeneem met toenemende massafraksie, byvoorbeeld, 0.025 gew.en 0,05 gew.is 1.19.% en 1,26 – 0,1 gew.%.In beide gevalle (helikshoek 45° en 90°), is die waardes van termodinamiese eienskappe by die gebruik van GNP-COOH@DW 1,02 vir 0,025% gew., 1,05 vir 0,05% gew.en 1,02 vir 0,1% gew.
Die hitteruiler is 'n termodinamiese toestel 1 wat gebruik word om hitte oor te dra tydens verkoeling en verhitting.Die termiese-hidrouliese eienskappe van die hitteruiler verbeter die hitte-oordragkoëffisiënt en verminder die weerstand van die werkvloeistof.Verskeie metodes is ontwikkel om hitte-oordrag te verbeter, insluitend turbulensieversterkers2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 en nanovloeistowwe12,13,14,15.Gedraaide bandinvoeging is een van die suksesvolste metodes om hitte-oordrag in hitteruilers te verbeter as gevolg van die gemak van onderhoud en lae koste7,16.
In 'n reeks eksperimentele en rekenaarstudies is die hidrotermiese eienskappe van mengsels van nanovloeistowwe en hitteruilers met gedraaide bandinsetsels bestudeer.In 'n eksperimentele werk is die hidrotermiese eienskappe van drie verskillende metaal nanovloeistowwe (Ag@DW, Fe@DW en Cu@DW) bestudeer in 'n naald-gedraaide band (STT) hitteruiler17.In vergelyking met die basispyp word die hitte-oordragkoëffisiënt van STT met 11% en 67% verbeter.Die SST-uitleg is die beste vanuit 'n ekonomiese oogpunt in terme van doeltreffendheid met die parameter α = β = 0.33.Daarbenewens is 'n 18.2% toename in n waargeneem met Ag@DW, hoewel die maksimum toename in drukverlies slegs 8.5% was.Die fisiese prosesse van hitte-oordrag en drukverlies in konsentriese pype met en sonder opgerolde turbulators is bestudeer deur gebruik te maak van turbulente vloeie van Al2O3@DW nanovloeistof met geforseerde konveksie.Die maksimum gemiddelde Nusselt-getal (Nuavg) en drukverlies word waargeneem by Re = 20 000 wanneer die spoelsteek = 25 mm en Al2O3@DW nanofluid 1.6 vol.%.Laboratoriumstudies is ook uitgevoer om die hitte-oordrag- en drukverlieseienskappe van grafeenoksied-nanovloeistowwe (GO@DW) wat deur byna sirkelvormige buise met toilet-insetsels vloei, te bestudeer.Die resultate het getoon dat 0.12 vol%-GO@DW die konvektiewe hitte-oordragkoëffisiënt met ongeveer 77% verhoog het.In 'n ander eksperimentele studie is nanovloeistowwe (TiO2@DW) ontwikkel om die termies-hidrouliese kenmerke van kuiltjies buise wat toegerus is met gedraaide band-insetsels te bestudeer20.Die maksimum hidrotermiese doeltreffendheid van 1.258 is bereik met 0.15 vol%-TiO2@DW ingebed in 45° skuins skagte met 'n draaifaktor van 3.0.Enkelfase- en tweefase- (baster) simulasiemodelle neem die vloei en hitte-oordrag van CuO@DW nanovloeistowwe by verskeie vastestofkonsentrasies (1–4% vol.%) in ag.21.Die maksimum termiese doeltreffendheid van 'n buis wat met een gedraaide band ingevoeg word, is 2,18, en 'n buis wat onder dieselfde toestande met twee gedraaide bande ingesit is, is 2,04 (tweefasemodel, Re = 36 000 en 4 vol.%).Die nie-Newtoniese turbulente nanovloeistofvloei van karboksimetielsellulose (CMC) en koperoksied (CuO) in hoofpype en pype met gedraaide insetsels is bestudeer.Nuavg toon 'n verbetering van 16,1% (vir die hoofpyplyn) en 60% (vir die opgerolde pyplyn met 'n verhouding van (H/D = 5)).Oor die algemeen lei 'n laer draai-tot-lintverhouding tot 'n hoër wrywingskoëffisiënt.In 'n eksperimentele studie is die effek van pype met 'n gedraaide band (TT) en spoele (VC) op die eienskappe van hitte-oordrag en wrywingskoëffisiënt bestudeer met behulp van CuO@DW nanovloeistowwe.Gebruik 0.3 vol.%-CuO@DW by Re = 20 000 maak dit moontlik om die hitte-oordrag in die VK-2 pyp tot 'n maksimum waarde van 44,45% te verhoog.Daarbenewens, wanneer 'n gedraaide paar kabel en 'n spoel-insetsel onder dieselfde grenstoestande gebruik word, verhoog die wrywingskoëffisiënt met faktore van 1,17 en 1,19 in vergelyking met DW.Oor die algemeen is die termiese doeltreffendheid van nanovloeistowwe wat in spoele geplaas word, beter as dié van nanovloeistowwe wat in gestrande drade geplaas word.Die volumetriese kenmerk van 'n turbulente (MWCNT@DW) nanovloeistofvloei is bestudeer binne 'n horisontale buis wat in 'n spiraaldraad geplaas is.Die termiese werkverrigting parameters was > 1 vir alle gevalle, wat aandui dat die kombinasie van nanofluïdika met die spoel-insetsel hitte-oordrag verbeter sonder om pompkrag te verbruik.Opsomming—Die hidrotermiese eienskappe van 'n twee-pyp hitteruiler met verskeie insetsels gemaak van 'n gemodifiseerde gedraai-gedraaide V-vormige band (VcTT) is bestudeer onder toestande van 'n turbulente vloei van die Al2O3 + TiO2@DW nanovloeistof.In vergelyking met DW in basisbuise, het Nuavg 'n aansienlike verbetering van 132% en 'n wrywingskoëffisiënt van tot 55%.Boonop is die energiedoeltreffendheid van die Al2O3+TiO2@DW nanosamestelling in 'n twee-pyp hitteruiler26 bespreek.In hul studie het hulle gevind dat die gebruik van Al2O3 + TiO2@DW en TT eksergie-doeltreffendheid verbeter het in vergelyking met DW.In konsentriese buisvormige hitteruilers met VcTT-turbulators, het Singh en Sarkar27 faseveranderingsmateriaal (PCM), verspreide enkel/nano-saamgestelde nanovloeistowwe (Al2O3@DW met PCM en Al2O3 + PCM) gebruik.Hulle het berig dat hitte-oordrag en drukverlies toeneem namate die draaikoëffisiënt afneem en die nanopartikelkonsentrasie toeneem.’n Groter V-kerf-dieptefaktor of ’n kleiner breedtefaktor kan groter hitte-oordrag en drukverlies verskaf.Daarbenewens is grafeen-platinum (Gr-Pt) gebruik om hitte, wrywing en algehele entropie generasietempo in buise met 2-TT28 insetsels te ondersoek.Hul studie het getoon dat 'n kleiner persentasie (Gr-Pt) hitte-entropie-generering aansienlik verminder het in vergelyking met 'n relatief hoër wrywingsentropie-ontwikkeling.Gemengde Al2O3@MgO nanovloeistowwe en koniese WC kan as 'n goeie mengsel beskou word, aangesien 'n verhoogde verhouding (h/Δp) die hidrotermiese werkverrigting van 'n twee-buis hitteruiler 29 kan verbeter.’n Numeriese model word gebruik om die energiebesparing en omgewingsprestasie van hitteruilers met verskeie drie-deel hibriede nanovloeistowwe (THNF) (Al2O3 + grafeen + MWCNT) gesuspendeer in DW30 te evalueer.As gevolg van sy prestasie-evalueringskriteria (PEC) in die reeks van 1.42–2.35, word 'n kombinasie van Depressed Twisted Turbulizer Insert (DTTI) en (Al2O3 + Grafeen + MWCNT) vereis.
Tot nou toe is min aandag geskenk aan die rol van kovalente en nie-kovalente funksionalisering in hidrodinamiese vloei in termiese vloeistowwe.Die spesifieke doel van hierdie studie was om die termies-hidrouliese kenmerke van nanovloeistowwe (ZNP-SDBS@DV) en (ZNP-COOH@DV) in gedraaide bandinsetsels met helikshoeke van 45° en 90° te vergelyk.Die termofisiese eienskappe is gemeet by Tin = 308 K. In hierdie geval is drie massafraksies in die vergelykingsproses in ag geneem, soos (0.025 gew.%, 0.05 gew.% en 0.1 gew.%).Die skuifspanningoordrag in die 3D turbulente vloeimodel (SST k-ω) word gebruik om die termies-hidrouliese eienskappe op te los.Hierdie studie lewer dus 'n beduidende bydrae tot die studie van positiewe eienskappe (hitte-oordrag) en negatiewe eienskappe (drukval op wrywing), wat die termies-hidrouliese eienskappe en optimalisering van werklike werksvloeistowwe in sulke ingenieurstelsels demonstreer.
Die basiese konfigurasie is 'n gladde pyp (L = 900 mm en Dh = 20 mm).Ingevoegde gedraaide bandafmetings (lengte = 20 mm, dikte = 0,5 mm, profiel = 30 mm).In hierdie geval was die lengte, breedte en slag van die spiraalprofiel onderskeidelik 20 mm, 0,5 mm en 30 mm.Die gedraaide bande is skuins teen 45° en 90°.Verskeie werksvloeistowwe soos DW, nie-kovalente nanovloeistowwe (GNF-SDBS@DW) en kovalente nanovloeistowwe (GNF-COOH@DW) by Tin = 308 K, drie verskillende massakonsentrasies en verskillende Reynoldsgetalle.Die toetse is binne die hitteruiler uitgevoer.Die buitenste wand van die spiraalbuis is verhit teen 'n konstante oppervlaktemperatuur van 330 K om die parameters vir die verbetering van hitte-oordrag te toets.
Op fig.1 toon skematies 'n gedraaide bandinvoegbuis met toepaslike randvoorwaardes en gemaasde area.Soos vroeër genoem, geld snelheids- en drukgrenstoestande vir die inlaat- en uitlaatgedeeltes van die heliks.By 'n konstante oppervlaktemperatuur word 'n glyvrye toestand op die pypwand opgelê.Die huidige numeriese simulasie gebruik 'n drukgebaseerde oplossing.Terselfdertyd word 'n program (ANSYS FLUENT 2020R1) gebruik om 'n parsiële differensiaalvergelyking (PDE) om te skakel na 'n stelsel van algebraïese vergelykings deur gebruik te maak van die eindige volume metode (FMM).Die tweede-orde EENVOUDIGE metode (semi-implisiete metode vir opeenvolgende druk-afhanklike vergelykings) hou verband met snelheid-druk.Dit moet beklemtoon word dat die konvergensie van residue vir die massa-, momentum- en energievergelykings minder as 103 en 106 onderskeidelik is.
p Diagram van fisiese en berekeningsgebiede: (a) helikshoek 90°, (b) helikshoek 45°, (c) geen heliks lem nie.
'n Homogene model word gebruik om die eienskappe van nanovloeistowwe te verduidelik.Deur nanomateriale in die basisvloeistof (DW) in te sluit, word 'n aaneenlopende vloeistof met uitstekende termiese eienskappe gevorm.In hierdie verband het die temperatuur en snelheid van die basisvloeistof en die nanomateriaal dieselfde waarde.As gevolg van bogenoemde teorieë en aannames werk doeltreffende enkelfasevloei in hierdie studie.Verskeie studies het die doeltreffendheid en toepaslikheid van enkelfase tegnieke vir nanofluïdiese vloei getoon31,32.
Die vloei van nanovloeistowwe moet Newtons turbulent, onsamedrukbaar en stilstaande wees.Kompressiewerk en viskose verhitting is irrelevant in hierdie studie.Daarbenewens word die dikte van die binne- en buitemure van die pyp nie in ag geneem nie.Daarom kan die massa-, momentum- en energiebesparingsvergelykings wat die termiese model definieer soos volg uitgedruk word:
waar \(\overrightarrow{V}\) die gemiddelde snelheidsvektor is, Keff = K + Kt die effektiewe termiese geleidingsvermoë van kovalente en niekovalente nanovloeistowwe is, en ε die energie-dissipasietempo is.Die effektiewe termofisiese eienskappe van nanovloeistowwe, insluitend digtheid (ρ), viskositeit (μ), spesifieke hittekapasiteit (Cp) en termiese geleidingsvermoë (k), getoon in die tabel, is tydens 'n eksperimentele studie by 'n temperatuur van 308 K1 gemeet wanneer dit gebruik word. in hierdie simulators.
Numeriese simulasies van turbulente nanovloeistofvloei in konvensionele en TT-buise is uitgevoer by Reynolds-nommers 7000 ≤ Re ≤ 17000. Hierdie simulasies en konvektiewe hitte-oordragkoëffisiënte is ontleed deur gebruik te maak van Mentor se κ-ω turbulensiemodel van skuifspanningoordrag (SST) gemiddeld oor die Reynold turbulensie turbulensie model Navier-Stokes, wat algemeen in aërodinamiese navorsing gebruik word.Daarbenewens werk die model sonder muurfunksie en is akkuraat naby mure 35,36.(SST) κ-ω wat vergelykings van die turbulensiemodel beheer, is soos volg:
waar \(S\) die waarde van die vervormingstempo is, en \(y\) die afstand na die aangrensende oppervlak is.Intussen, \({\alpha}_{1}\), \({\alpha}_{2}\), \({\beta}_{1}\), \({\beta}_{ 2 }\), \({\beta}^{*}\), \({\sigma}_{{k}_{1}}\), \({\sigma}_{{k}_{ 2 }}\), \({\sigma}_{{\omega}_{1}}\) en \({\sigma}_{{\omega}_{2}}\) dui alle modelkonstantes aan.F1 en F2 is gemengde funksies.Let wel: F1 = 1 in die grenslaag, 0 in die aankomende vloei.
Prestasie-evalueringsparameters word gebruik om turbulente konvektiewe hitte-oordrag, kovalente en nie-kovalente nanovloeistofvloei te bestudeer, byvoorbeeld31:
In hierdie konteks word (\(\rho\)), (\(v\)), (\({D}_{h}\)) en (\(\mu\)) gebruik vir digtheid, vloeistofsnelheid , hidrouliese deursnee en dinamiese viskositeit.(\({C}_{p}\, \mathrm{u}\, k\)) – spesifieke hittekapasiteit en termiese geleidingsvermoë van die vloeiende vloeistof.Ook, (\(\dot{m}\)) verwys na massavloei, en (\({T}_{uit}-{T}_{in}\))) verwys na inlaat- en uitlaattemperatuurverskil.(NF'e) verwys na kovalente, nie-kovalente nanovloeistowwe, en (DW) verwys na gedistilleerde water (basisvloeistof).\({A}_{s} = \pi DL\), \({\overline{T}}_{f}=\frac{\left({T}_{out}-{T}_{in }\right)}{2}\) en \({\oorlyn{T}}_{w}=\sum \frac{{T}_{w}}{n}\).
Die termofisiese eienskappe van die basisvloeistof (DW), nie-kovalente nanovloeistof (GNF-SDBS@DW) en kovalente nanovloeistof (GNF-COOH@DW) is geneem uit die gepubliseerde literatuur (eksperimentele studies), Sn = 308 K, as getoon in Tabel 134. In 'n tipiese In 'n eksperiment om 'n nie-kovalente (GNP-SDBS@DW) nanovloeistof met bekende massapersentasies te verkry, is sekere gram primêre BNP's aanvanklik op 'n digitale balans geweeg.Die gewigsverhouding van SDBS/inheemse BNP is (0.5:1) geweeg in DW.In hierdie geval is kovalente (COOH-GNP@DW) nanovloeistowwe gesintetiseer deur karboksielgroepe by die oppervlak van BNP by te voeg deur gebruik te maak van 'n sterk suur medium met 'n volumeverhouding (1:3) van HNO3 en H2SO4.Kovalente en nie-kovalente nanovloeistowwe is in DW gesuspendeer teen drie verskillende gewigspersentasies soos 0.025 gew.%, 0.05 gew.%.en 0,1% van die massa.
Maas-onafhanklikheidstoetse is in vier verskillende rekenaardomeine uitgevoer om te verseker dat die maasgrootte nie die simulasie beïnvloed nie.In die geval van 45° torsiepyp is die aantal eenhede met eenheidsgrootte 1,75 mm 249 033, die aantal eenhede met eenheidsgrootte 2 mm is 307 969, die aantal eenhede met eenheidsgrootte 2,25 mm is 421 406, en die aantal eenhede met eenheidsgrootte 2 ,5 mm 564 940 onderskeidelik.Daarbenewens, in die voorbeeld van 'n 90° gedraaide pyp, is die aantal elemente met 'n 1,75 mm elementgrootte 245 531, die aantal elemente met 'n 2 mm elementgrootte is 311 584, die aantal elemente met 'n 2,25 mm elementgrootte is 422 708, en die aantal elemente met 'n elementgrootte van 2,5 mm is onderskeidelik 573 826.Die akkuraatheid van termiese eienskaplesings soos (Tout, HTC en Nuavg) neem toe namate die aantal elemente afneem.Terselfdertyd het die akkuraatheid van die waardes van die wrywingskoëffisiënt en drukval 'n heeltemal ander gedrag getoon (Fig. 2).Rooster (2) is as die hoofroosterarea gebruik om die termies-hidrouliese eienskappe in die gesimuleerde geval te evalueer.
Toets hitte-oordrag en drukval prestasie onafhanklik van maas met behulp van pare DW buise gedraai teen 45° en 90°.
Die huidige numeriese resultate is bekragtig vir hitte-oordragprestasie en wrywingskoëffisiënt deur gebruik te maak van bekende empiriese korrelasies en vergelykings soos Dittus-Belter, Petukhov, Gnelinsky, Notter-Rouse en Blasius.Die vergelyking is uitgevoer onder die toestand 7000≤Re≤17000.Volgens fig.3, is die gemiddelde en maksimum foute tussen die simulasieresultate en die hitte-oordragvergelyking 4,050 en 5,490% (Dittus-Belter), 9,736 en 11,33% (Petukhov), 4,007 en 7,483% (Gnelinsky), en 3,893% en 7 (4). Nott-Belter).Rose).In hierdie geval is die gemiddelde en maksimum foute tussen die simulasieresultate en die wrywingskoëffisiëntvergelyking onderskeidelik 7,346% en 8,039% (Blasius) en 8,117% en 9,002% (Petukhov).
Hitte-oordrag en hidrodinamiese eienskappe van DW by verskeie Reynolds-getalle deur gebruik te maak van numeriese berekeninge en empiriese korrelasies.
Hierdie afdeling bespreek die termiese eienskappe van nie-kovalente (LNP-SDBS) en kovalente (LNP-COOH) waterige nanovloeistowwe by drie verskillende massafraksies en Reynolds-getalle as gemiddeldes relatief tot die basisvloeistof (DW).Twee geometrieë van opgerolde band-hitteruilers (helikshoek 45° en 90°) word bespreek vir 7000 ≤ Re ≤ 17000. In fig.4 toon die gemiddelde temperatuur by die uitgang van die nanovloeistof in die basisvloeistof (DW) (\(\frac{{{T}_{out}}_{NFs}}{{{T}_{out}}_{ DW } } \) ) by (0,025% gew., 0,05% gew. en 0,1% gew.).(\(\frac{{{T}_{uit}}_{NFs}}{{{T}_{out}}_{DW}}\)) is altyd minder as 1, wat beteken dat die uitlaattemperatuur is nie-kovalent (VNP-SDBS) en kovalente (VNP-COOH) nanovloeistowwe is onder die temperatuur by die uitlaat van die basisvloeistof.Die laagste en hoogste verlagings was onderskeidelik 0.1 wt%-COOH@GNPs en 0.1 wt%-SDBS@GNPs.Hierdie verskynsel is te wyte aan 'n toename in die Reynolds-getal by 'n konstante massafraksie, wat lei tot 'n verandering in die eienskappe van die nanovloeistof (dit wil sê digtheid en dinamiese viskositeit).
Figure 5 en 6 toon die gemiddelde hitte-oordrageienskappe van nanovloeistof na basisvloeistof (DW) by (0.025 gew.%, 0.05 gew.% en 0.1 gew.%).Die gemiddelde hitte-oordrag eienskappe is altyd groter as 1, wat beteken dat die hitte-oordrag eienskappe van nie-kovalente (LNP-SDBS) en kovalente (LNP-COOH) nanovloeistowwe verbeter word in vergelyking met die basisvloeistof.0.1 wt%-COOH@GNPs en 0.1 wt%-SDBS@GNPs het onderskeidelik die laagste en hoogste wins behaal.Wanneer die Reynolds-getal toeneem as gevolg van groter vloeistofvermenging en turbulensie in die pyp 1, verbeter die hitte-oordragverrigting.Vloeistowwe deur klein gapings bereik hoër snelhede, wat 'n dunner snelheid/hitte-grenslaag tot gevolg het, wat die tempo van hitte-oordrag verhoog.Om meer nanopartikels by die basisvloeistof te voeg, kan beide positiewe en negatiewe resultate hê.Voordelige effekte sluit in verhoogde nanopartikelbotsings, gunstige vloeibare termiese geleidingsvereistes en verbeterde hitte-oordrag.
Hitte-oordragkoëffisiënt van nanovloeistof na basisvloeistof afhangende van Reynolds-nommer vir 45°- en 90°-buise.
Terselfdertyd is 'n negatiewe effek 'n toename in die dinamiese viskositeit van die nanovloeistof, wat die mobiliteit van die nanovloeistof verminder en sodoende die gemiddelde Nusselt-getal (Nuavg) verminder.Die verhoogde termiese geleidingsvermoë van nanovloeistowwe (ZNP-SDBS@DW) en (ZNP-COOH@DW) behoort te danke wees aan Brownse beweging en mikrokonveksie van grafeen-nanopartikels wat in DW37 gesuspendeer is.Die termiese geleidingsvermoë van die nanovloeistof (ZNP-COOH@DV) is hoër as dié van die nanovloeistof (ZNP-SDBS@DV) en gedistilleerde water.Deur meer nanomateriale by die basisvloeistof te voeg, verhoog hul termiese geleidingsvermoë (Tabel 1)38.
Figuur 7 illustreer die gemiddelde wrywingskoëffisiënt van nanovloeistowwe met basisvloeistof (DW) (f(NFs)/f(DW)) in massapersentasie (0.025%, 0.05% en 0.1%).Die gemiddelde wrywingskoëffisiënt is altyd ≈1, wat beteken dat nie-kovalente (GNF-SDBS@DW) en kovalente (GNF-COOH@DW) nanovloeistowwe dieselfde wrywingskoëffisiënt as die basisvloeistof het.’n Hitteruiler met minder spasie skep meer vloeiobstruksie en verhoog vloeiwrywing1.Basies neem die wrywingskoëffisiënt effens toe met toenemende massafraksie van die nanovloeistof.Die hoër wrywingsverliese word veroorsaak deur die verhoogde dinamiese viskositeit van die nanovloeistof en die verhoogde skuifspanning op die oppervlak met 'n hoër massapersentasie nanografeen in die basisvloeistof.Tabel (1) toon dat die dinamiese viskositeit van die nanovloeistof (ZNP-SDBS@DV) hoër is as dié van die nanovloeistof (ZNP-COOH@DV) teen dieselfde gewigspersentasie, wat geassosieer word met die byvoeging van oppervlakeffekte.aktiewe middels op 'n nie-kovalente nanovloeistof.
Op fig.8 toon nanovloeistof in vergelyking met basisvloeistof (DW) (\(\frac{{\Delta P}_{NFs}}{{\Delta P}_{DW}}\)) by (0.025%, 0.05% en 0.1% ).Die nie-kovalente (GNPs-SDBS@DW) nanovloeistof het 'n hoër gemiddelde drukverlies getoon, en met 'n toename in massapersentasie tot 2.04% vir 0.025% gew., 2.46% vir 0.05% gew.en 3,44% vir 0,1% gew.met omhulselvergroting (helikshoek 45° en 90°).Intussen het die nanovloeistof (BNPs-COOH@DW) 'n laer gemiddelde drukverlies getoon, wat toegeneem het vanaf 1.31% teen 0.025% gew.tot 1,65% by 0,05% gew.Die gemiddelde drukverlies van 0.05 gew.%-COOH@NP en 0.1 gew.%-COOH@NP is 1.65%.Soos gesien kan word, neem die drukval toe met toenemende Re-getal in alle gevalle.'n Verhoogde drukval by hoë Re-waardes word aangedui deur 'n direkte afhanklikheid van die volumevloei.Daarom lei 'n hoër Re-getal in die buis tot 'n hoër drukval, wat 'n toename in pompkrag vereis39,40.Boonop is drukverliese hoër as gevolg van die hoër intensiteit van werwels en turbulensie wat deur die groter oppervlakarea gegenereer word, wat die interaksie van druk- en traagheidskragte in die grenslaag1 verhoog.
Oor die algemeen word prestasie-evalueringskriteria (PEC) vir nie-kovalente (VNP-SDBS@DW) en kovalente (VNP-COOH@DW) nanovloeistowwe in Fig.9. Nanovloeistof (ZNP-SDBS@DV) het in beide gevalle hoër PEC-waardes getoon as (ZNP-COOH@DV) (helikshoek 45° en 90°) en dit is verbeter deur die massafraksie te verhoog, byvoorbeeld, 0.025 gew.%.is 1,17, 0,05 gew.% is 1,19 en 0,1 gew.% is 1,26.Intussen was die PEC-waardes met behulp van nanovloeistowwe (BNPs-COOH@DW) 1.02 vir 0.025 gew.%, 1.05 vir 0.05 gew.%, 1.05 vir 0.1 gew.%.in beide gevalle (helikshoek 45° en 90°).1.02.As 'n reël, met 'n toename in die Reynolds-getal, neem die termiese-hidrouliese doeltreffendheid aansienlik af.Soos die Reynolds-getal toeneem, word die afname in die termies-hidrouliese doeltreffendheidskoëffisiënt sistematies geassosieer met 'n toename in (NuNFs/NuDW) en 'n afname in (fNFs/fDW).
Hidrotermiese eienskappe van nanovloeistowwe met betrekking tot basisvloeistowwe afhangende van Reynolds-getalle vir buise met 45° en 90° hoeke.
Hierdie afdeling bespreek die termiese eienskappe van water (DW), nie-kovalente (VNP-SDBS@DW) en kovalente (VNP-COOH@DW) nanovloeistowwe by drie verskillende massakonsentrasies en Reynolds-getalle.Twee opgerolde gordel hitteruiler geometrieë is in die reeks 7000 ≤ Re ≤ 17000 met betrekking tot konvensionele pype (helikshoeke 45° en 90°) oorweeg om die gemiddelde termiese-hidrouliese werkverrigting te evalueer.Op fig.10 toon die temperatuur van water en nanovloeistowwe by die uitlaat as 'n gemiddelde gebruik (helikshoek 45° en 90°) vir 'n gemeenskaplike pyp (\(\frac{{{T}_{out}}_{Twisted}}{{ {T} _{uit}}_{Gewoonlik}}\)).Nie-kovalente (GNP-SDBS@DW) en kovalente (GNP-COOH@DW) nanovloeistowwe het drie verskillende gewigsfraksies soos 0.025 gew.%, 0.05 gew.% en 0.1 gew.%.Soos in fig.11, die gemiddelde waarde van die uitlaattemperatuur (\(\frac{{{T}_{out}}_{Twisted}}{{{T}_{out}}_{Plain}}\)) > 1, wat aandui dat (45° en 90° helikshoek) die temperatuur by die uitlaat van die hitteruiler meer betekenisvol is as dié van 'n konvensionele pyp, as gevolg van die groter intensiteit van turbulensie en beter vermenging van die vloeistof.Daarbenewens het die temperatuur by die uitlaat van DW, nie-kovalente en kovalente nanovloeistowwe afgeneem met toenemende Reynolds-getal.Die basisvloeistof (DW) het die hoogste gemiddelde uitlaattemperatuur.Intussen verwys die laagste waarde na 0.1 wt%-SDBS@GNPs.Nie-kovalente (GNPs-SDBS@DW) nanovloeistowwe het 'n laer gemiddelde uitlaattemperatuur in vergelyking met kovalente (BNPs-COOH@DW) nanovloeistowwe getoon.Aangesien die gedraaide band die vloeiveld meer gemeng maak, kan die naby-wand hittevloed makliker deur die vloeistof beweeg, wat die algehele temperatuur verhoog.’n Laer draai-tot-band-verhouding lei tot beter penetrasie en dus beter hitte-oordrag.Aan die ander kant kan dit gesien word dat die gerolde band 'n laer temperatuur teen die muur handhaaf, wat op sy beurt die Nuavg verhoog.Vir gedraaide bandinvoegsels dui 'n hoër Nuavg-waarde op verbeterde konvektiewe hitte-oordrag binne die buis22.As gevolg van die verhoogde vloeipad en bykomende vermenging en turbulensie, neem die verblyftyd toe, wat lei tot 'n toename in die temperatuur van die vloeistof by die uitlaat41.
Reynolds-getalle van verskeie nanovloeistowwe relatief tot die uitlaattemperatuur van konvensionele buise (45° en 90° helikshoeke).
Hitte-oordragkoëffisiënte (45° en 90° helikshoek) teenoor Reynolds-getalle vir verskeie nanovloeistowwe in vergelyking met konvensionele buise.
Die hoofmeganisme van verbeterde opgerolde band hitte-oordrag is soos volg: 1. Vermindering van die hidrouliese deursnee van die hitte-uitruilbuis lei tot 'n toename in vloeisnelheid en kromming, wat op sy beurt skuifspanning by die muur verhoog en sekondêre beweging bevorder.2. As gevolg van verstopping van die wikkelband neem die spoed by die pypwand toe, en die dikte van die grenslaag neem af.3. Spiraalvloei agter die gedraaide band lei tot 'n toename in spoed.4. Geïnduseerde draaikolke verbeter vloeistofvermenging tussen die sentrale en naby-wandstreke van die vloei42.Op fig.11 en fig.12 toon die hitte-oordrag-eienskappe van DW en nanovloeistowwe, byvoorbeeld (hitte-oordragkoëffisiënt en gemiddelde Nusselt-getal) as gemiddeldes deur gebruik te maak van gedraaide bandinvoegbuise in vergelyking met konvensionele buise.Nie-kovalente (GNP-SDBS@DW) en kovalente (GNP-COOH@DW) nanovloeistowwe het drie verskillende gewigsfraksies soos 0.025 gew.%, 0.05 gew.% en 0.1 gew.%.In beide hitteruilers (45° en 90° helikshoek) is die gemiddelde hitte-oordragprestasie >1, wat 'n verbetering in hitte-oordragkoëffisiënt en gemiddelde Nusselt-getal met opgerolde buise aandui in vergelyking met konvensionele buise.Nie-kovalente (GNPs-SDBS@DW) nanovloeistowwe het hoër gemiddelde hitte-oordragverbetering getoon as kovalente (BNPs-COOH@DW) nanovloeistowwe.By Re = 900 was die 0.1 wt% verbetering in hitte-oordrag prestasie -SDBS@GNPs vir die twee hitteruilers (45° en 90° helikshoek) die hoogste met 'n waarde van 1.90.Dit beteken dat die eenvormige TP-effek belangriker is by laer vloeistofsnelhede (Reynolds-getal)43 en toenemende turbulensie-intensiteit.As gevolg van die bekendstelling van veelvuldige werwels is die hitte-oordragkoëffisiënt en gemiddelde Nusselt-getal TT-buise hoër as konvensionele buise, wat 'n dunner grenslaag tot gevolg het.Verhoog die teenwoordigheid van HP die intensiteit van turbulensie, vermenging van werkvloeistofvloei en verbeterde hitte-oordrag in vergelyking met basispype (sonder om 'n gedraai-gedraaide band in te sit)21.
Gemiddelde Nusselt-getal (helikshoek 45° en 90°) teenoor Reynolds-getal vir verskeie nanovloeistowwe in vergelyking met konvensionele buise.
Figure 13 en 14 toon die gemiddelde wrywingskoëffisiënt (\(\frac{{f}_{Twisted}}{{f}_{Plain}}\)) en drukverlies (\(\frac{{\Delta P} _ {Twisted}}{{\Delta P}_{Plain}}\}} ongeveer 45° en 90° vir konvensionele pype wat DW-nanovloeistowwe gebruik, (GNPs-SDBS@DW) en (GNPs-COOH@DW) ioonwisselaar bevat ( 0.025 gew. %, 0.05 gew. % en 0.1 gew. %). { {f}_{Plain} }\)) en drukverlies (\(\frac{{ \Delta P}_{Twisted}}{{\Delta P }_{Plain}}\}) afname. gevalle is die wrywingskoëffisiënt en drukverlies hoër by laer Reynolds-getalle Die gemiddelde wrywingskoëffisiënt en drukverlies is tussen 3.78 en 3.12 Die gemiddelde wrywingskoëffisiënt en drukverlies toon dat (45° helix) hoek en 90°) hitteruiler kos drie keer hoër as konvensionele pype.Daarbenewens, wanneer die werkvloeistof teen 'n hoër spoed vloei, neem die wrywingskoëffisiënt af. Die probleem ontstaan omdat soos die Reynolds-getal toeneem, die dikte van die grenslaag afneem, wat lei tot 'n afname in die effek van dinamiese viskositeit op die geaffekteerde area, 'n afname in snelheidsgradiënte en skuifspannings en gevolglik 'n afname in die wrywingskoëffisiënt21.Die verbeterde blokkeringseffek as gevolg van die teenwoordigheid van TT en die verhoogde werveling lei tot aansienlik hoër drukverliese vir heterogene TT-pype as vir basispype.Daarbenewens, vir beide die basispyp en die TT-pyp, kan gesien word dat die drukval toeneem met die spoed van die werkvloeistof43.
Wrywingskoëffisiënt (45° en 90° helikshoek) teenoor Reynolds-getal vir verskeie nanovloeistowwe in vergelyking met konvensionele buise.
Drukverlies (45° en 90° helikshoek) as 'n funksie van Reynolds-getal vir verskeie nanovloeistowwe relatief tot 'n konvensionele buis.
Ter opsomming toon Figuur 15 prestasie-evalueringskriteria (PEC) vir hitteruilers met 45° en 90° hoeke in vergelyking met gewone buise (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}} \ ) ) in (0.025 gew.%, 0.05 gew.% en 0.1 gew.%) deur gebruik te maak van DV, (VNP-SDBS@DV) en kovalente (VNP-COOH@DV) nanovloeistowwe.Die waarde (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) > 1 in beide gevalle (45° en 90° helikshoek) in die hitteruiler.Daarbenewens, (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) bereik sy beste waarde by Re = 11,000.Die 90° hitteruiler toon 'n effense toename in (\ (\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) in vergelyking met 'n 45° hitteruiler., By Re = 11 000 0.1 wt%-GNPs@SDBS verteenwoordig hoër (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) waardes, bv. 1.25 vir 45° hitteruilerhoek en 1,27 vir 90° hoek hitteruiler.Dit is groter as een by alle persentasies van massafraksie, wat aandui dat pype met gedraaide bandinvoegsels beter is as konvensionele pype.Die verbeterde hitte-oordrag wat deur die bandinsetsels verskaf word, het veral gelei tot 'n aansienlike toename in wrywingsverliese22.
Doeltreffendheidskriteria vir die Reynolds-getal van verskeie nanovloeistowwe in verhouding tot konvensionele buise (45° en 90° helikshoek).
Bylaag A toon stroomlyne vir 45° en 90° hitteruilers by Re = 7000 deur gebruik te maak van DW, 0.1 wt%-BNP-SDBS@DW en 0.1 wt%-BNP-COOH@DW.Die stroomlyne in die dwarsvlak is die mees opvallende kenmerk van die effek van gedraaide lint-insetsels op die hoofvloei.Die gebruik van 45°- en 90°-hitteruilers toon dat die snelheid in die naby-wandgebied ongeveer dieselfde is.Intussen toon Bylaag B die snelheidskontoere vir 45° en 90° hitteruilers by Re = 7000 deur gebruik te maak van DW, 0.1 wt%-BNP-SDBS@DW en 0.1 wt%-BNP-COOH@DW.Die snelheidslusse is op drie verskillende plekke (skywe), byvoorbeeld Plain-1 (P1 = −30mm), Plain-4 (P4 = 60mm) en Plain-7 (P7 = 150mm).Die vloeisnelheid naby die pypwand is die laagste en die vloeistofsnelheid neem toe na die middel van die pyp.Daarbenewens, wanneer dit deur die lugkanaal gaan, neem die gebied van lae snelhede naby die muur toe.Dit is as gevolg van die groei van die hidrodinamiese grenslaag, wat die dikte van die lae-snelheid-gebied naby die muur verhoog.Daarbenewens verhoog die verhoging van die Reynolds-getal die algehele snelheidsvlak in alle deursnee, waardeur die dikte van die laesnelheidsgebied in die kanaal39 verminder word.
Kovalent en nie-kovalent gefunksionaliseerde grafeen nanovelle is geëvalueer in gedraaide band-insetsels met helikshoeke van 45° en 90°.Die hitteruiler word numeries opgelos deur die SST k-omega turbulensiemodel te gebruik by 7000 ≤ Re ≤ 17000. Die termofisiese eienskappe word bereken op Tin = 308 K. Verhit terselfdertyd die gedraaide buiswand by 'n konstante temperatuur van 330 K. COOH@DV) is verdun in drie massa hoeveelhede, byvoorbeeld (0,025 gew.%, 0,05 gew.% en 0,1 gew.%).Die huidige studie het ses hooffaktore oorweeg: uitlaattemperatuur, hitte-oordragkoëffisiënt, gemiddelde Nusselt-getal, wrywingskoëffisiënt, drukverlies en prestasie-evalueringskriteria.Hier is die hoofbevindings:
Die gemiddelde uitlaattemperatuur (\({{T}_{uit}}_{Nanofluids}\)/\({{T}_{out}}_{Basefluid}\)) is altyd minder as 1, wat beteken dat nie-verspreiding Die uitlaattemperatuur van valensie (ZNP-SDBS@DV) en kovalente (ZNP-COOH@DV) nanovloeistowwe is laer as dié van die basisvloeistof.Intussen is die gemiddelde uitlaattemperatuur (\({{T}_{uit}}_{Twisted}\)/\({{T}_{out}}_{Plain}\))) waarde > 1, wat aandui op die feit dat (45° en 90° helikshoek) die uitlaattemperatuur hoër is as met konvensionele buise.
In beide gevalle toon die gemiddelde waardes van die hitte-oordrag eienskappe (nanovloeistof/basisvloeistof) en (gedraaide buis/normale buis) altyd >1.Nie-kovalente (GNPs-SDBS@DW) nanovloeistowwe het 'n hoër gemiddelde toename in hitte-oordrag getoon, wat ooreenstem met kovalente (BNPs-COOH@DW) nanovloeistowwe.
Die gemiddelde wrywingskoëffisiënt (\({f}_{Nanofluids}/{f}_{Basefluid}\)) van nie-kovalente (VNP-SDBS@DW) en kovalente (VNP-COOH@DW) nanovloeistowwe is altyd ≈1 .wrywing van nie-kovalente (ZNP-SDBS@DV) en kovalente (ZNP-COOH@DV) nanovloeistowwe (\({f}_{Twisted}/{f}_{Plain}\)) vir altyd > 3.
In beide gevalle (45° en 90° helixhoek), het die nanovloeistowwe (GNPs-SDBS@DW) hoër (\({\Delta P}_{Nanofluids}/{\Delta P}_{Basefluid}\)) 0.025 getoon gew.% vir 2.04%, 0.05 gew.% vir 2.46% en 0.1 gew.% vir 3.44%.Intussen het (BNPs-COOH@DW) nanovloeistowwe laer getoon (\({\Delta P}_{Nanofluids}/{\Delta P}_{Basefluid}\)) van 1.31% vir 0.025 gew.% tot 1.65% is 0.05 % per gewig.Daarbenewens is die gemiddelde drukverlies (\({\Delta P}_{Twisted}/{\Delta P}_{Plain}\) van nie-kovalente (BNPs-SDBS@DW) en kovalente (BNPs-COOH@DW) ))) nanovloeistowwe altyd >3.
In beide gevalle (45° en 90° helikshoeke), het die nanovloeistowwe (GNPs-SDBS@DW) 'n hoër (\({PEC}_{Nanofluids}/{PEC} _{Basefluid}\)) @DW-waarde getoon) , bv. 0,025 gew.% – 1,17, 0,05 gew.% – 1,19, 0,1 gew.% – 1,26.In hierdie geval is die waardes van (\({PEC}_{Nanofluids}/{PEC}_{Basefluid}\)) met behulp van (GNPs-COOH@DW) nanovloeistowwe 1,02 vir 0,025 gew.%, 1,05 vir 0 , 05 gew.% en 1,02 is 0,1% volgens gewig.Daarbenewens, by Re = 11 000, het 0.1 wt%-GNPs@SDBS hoër waardes getoon (\({PEC}_{Twisted}/{PEC}_{Plain}\)), soos 1.25 vir 45° helixhoek en 90° helikshoek 1.27.
Thianpong, C. et al.Veeldoelige optimalisering van nanovloeistof titaandioksied/watervloei in die hitteruiler, versterk deur gedraaide bandinsetsels met deltavlerke.interne J. Hot.die wetenskap.172, 107318 (2022).
Langerudi, HG en Jawaerde, C. Eksperimentele studie van nie-Newtonse vloeistofvloei in blaasbalke wat met tipiese en V-vormige gedraaide bande ingevoeg is.Hitte en massa-oordrag 55, 937–951 (2019).
Dong, X. et al.Eksperimentele studie van die hitte-oordrageienskappe en vloeiweerstand van 'n spiraal-gedraaide buisvormige hitteruiler [J].Toediening temperatuur.projek.176, 115397 (2020).
Yongsiri, K., Eiamsa-Ard, P., Wongcharee, K. & Eiamsa-Ard, SJCS Verbeterde hitte-oordrag in turbulente kanaalvloei met skuins skeivinne.aktuele navorsing.temperatuur.projek.3, 1–10 (2014).
Postyd: 17 Maart 2023