304 хемијска компонента намотане цеви од нерђајућег челика, Термодинамичка анализа ковалентно и нековалентно функционализованих нано листова графена у округлим цевима опремљеним турбулаторима

Хвала вам што сте посетили Натуре.цом.Користите верзију претраживача са ограниченом подршком за ЦСС.За најбоље искуство препоручујемо да користите ажурирани прегледач (или онемогућите режим компатибилности у Интернет Екплорер-у).Поред тога, да бисмо обезбедили сталну подршку, приказујемо сајт без стилова и ЈаваСцрипт-а.
Клизачи који приказују три чланка по слајду.Користите дугмад назад и следећи да бисте се кретали кроз слајдове или дугмад контролора слајдова на крају да бисте се кретали кроз сваки слајд.

304 10 * 1 мм Намотана цев од нерђајућег челика у Кини

Величина: 3/4 инча, 1/2 инча, 1 инча, 3 инча, 2 инча

Дужина јединичне цеви: 6 метара

Квалитет челика: 201, 304 И 316

Оцена: 201, 202, 304, 316, 304Л, 316 Л,

Материјал: ИНОКС

Стање: Ново

Ковалентни и нековалентни нанофлуиди су тестирани у округлим цевима опремљеним уметцима увијене траке са угловима спирале од 45° и 90°.Рејнолдсов број је био 7000 ≤ Ре ≤ 17000, термофизичка својства су процењена на 308 К. Физички модел је нумерички решен коришћењем двопараметарског модела турбулентног вискозитета (ССТ к-омега турбуленција).У раду су разматране концентрације (0,025 теж.%, 0,05 теж.% и 0,1 теж.%) нанофлуида ЗНП-СДБС@ДВ и ЗНП-ЦООХ@ДВ.Зидови упредених цеви се загревају на константној температури од 330 К. У тренутној студији разматрано је шест параметара: излазна температура, коефицијент пролаза топлоте, просечни Нуселтов број, коефицијент трења, губитак притиска и критеријуми за процену перформанси.У оба случаја (угао спирале од 45° и 90°), нанофлуид ЗНП-СДБС@ДВ је показао веће термо-хидрауличне карактеристике од ЗНП-ЦООХ@ДВ, а повећавао се са повећањем масеног удела, на пример, 0,025 теж.и 0,05 теж.је 1.19.% и 1,26 – 0,1 теж.У оба случаја (угао спирале 45° и 90°), вредности термодинамичких карактеристика када се користи ГНП-ЦООХ@ДВ су 1,02 за 0,025% теж., 1,05 за 0,05% теж.и 1,02 за 0,1% теж.
Измењивач топлоте је термодинамички уређај 1 који се користи за пренос топлоте током операција хлађења и грејања.Термо-хидрауличка својства измењивача топлоте побољшавају коефицијент преноса топлоте и смањују отпор радног флуида.Развијено је неколико метода за побољшање преноса топлоте, укључујући појачиваче турбуленције2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 и нанофлуиде12,13,14,15.Уметање уплетене траке је једна од најуспешнијих метода за побољшање преноса топлоте у измењивачима топлоте због лакоће одржавања и ниске цене7,16.
У серији експерименталних и рачунарских студија проучавана су хидротермална својства смеша нанофлуида и измењивача топлоте са уметцима од тордиране траке.У експерименталном раду проучавана су хидротермална својства три различита метална нанофлуида (Аг@ДВ, Фе@ДВ и Цу@ДВ) у измењивачу топлоте са иглом упреденом траком (СТТ)17.У поређењу са базном цеви, коефицијент преноса топлоте СТТ је побољшан за 11% и 67%.Изглед ССТ је најбољи са економског становишта у погледу ефикасности са параметром α = β = 0,33.Поред тога, уочено је повећање н од 18,2% код Аг@ДВ, иако је максимално повећање губитка притиска било само 8,5%.Физички процеси преноса топлоте и губитка притиска у концентричним цевима са и без намотаних турбулатора су проучавани коришћењем турбулентних струјања нанофлуида Ал2О3@ДВ са принудном конвекцијом.Максимални просечни Нуселтов број (Нуавг) и губитак притиска примећени су на Ре = 20.000 када је корак калема = 25 мм и Ал2О3@ДВ нанофлуид 1,6 вол.%.Лабораторијске студије су такође спроведене за проучавање карактеристика преноса топлоте и губитка притиска нанофлуида графен оксида (ГО@ДВ) који теку кроз скоро кружне цеви са ВЦ уметцима.Резултати су показали да 0,12 вол%-ГО@ДВ повећава коефицијент конвективног преноса топлоте за око 77%.У другој експерименталној студији, развијени су нанофлуиди (ТиО2@ДВ) за проучавање топлотно-хидрауличких карактеристика цеви са удубљењем опремљених уметцима од тордиране траке20.Максимална хидротермална ефикасност од 1,258 постигнута је коришћењем 0,15 вол%-ТиО2@ДВ уграђених у осовине под углом од 45° са фактором увијања од 3,0.Једнофазни и двофазни (хибридни) симулациони модели узимају у обзир проток и пренос топлоте ЦуО@ДВ нанофлуида при различитим концентрацијама чврстих материја (1–4% вол.%)21.Максимална топлотна ефикасност цеви уметнуте са једном уплетеном траком је 2,18, а цеви уметнуте са две уврнуте траке под истим условима је 2,04 (двофазни модел, Ре = 36.000 и 4 вол.%).Проучавано је нењутновско турбулентно нанофлуидно струјање карбоксиметил целулозе (ЦМЦ) и оксида бакра (ЦуО) у главним цевима и цевима са уврнутим уметцима.Нуавг показује побољшање од 16,1% (за главни цевовод) и 60% (за намотани цевовод са односом (Х/Д = 5)).Генерално, нижи однос увртања и врпце доводи до већег коефицијента трења.У експерименталној студији, применом нанофлуида ЦуО@ДВ проучаван је утицај цеви са уврнутом траком (ТТ) и калемова (ВЦ) на својства преноса топлоте и коефицијент трења.Користећи 0,3 вол.%-ЦуО@ДВ на Ре = 20.000 омогућава повећање преноса топлоте у цеви ВК-2 до максималне вредности од 44,45%.Поред тога, када се користи упредени парни кабл и уметак завојнице под истим граничним условима, коефицијент трења се повећава за факторе 1,17 и 1,19 у поређењу са ДВ.Уопштено говорећи, термичка ефикасност нанофлуида уметнутих у калемове је боља од оне нанофлуида убачених у уплетене жице.Волуметријска карактеристика турбулентног (МВЦНТ@ДВ) тока нанофлуида проучавана је унутар хоризонталне цеви уметнуте у спиралну жицу.Параметри топлотних перформанси су били > 1 за све случајеве, што указује да комбинација нанофлуидика са уметком завојнице побољшава пренос топлоте без трошења снаге пумпе.Апстракт—Проучаване су хидротермалне карактеристике двоцевног измењивача топлоте са различитим уметцима од модификоване уврнуте-упредене траке у облику слова В (ВцТТ) у условима турбулентног струјања нанофлуида Ал2О3 + ТиО2@ДВ.У поређењу са ДВ у базним цевима, Нуавг има значајно побољшање од 132% и коефицијент трења до 55%.Поред тога, разматрана је енергетска ефикасност нанокомпозита Ал2О3+ТиО2@ДВ у двоцевном измењивачу топлоте26.У својој студији су открили да је употреба Ал2О3 + ТиО2@ДВ и ТТ побољшала ефикасност ексергије у поређењу са ДВ.У концентричним цевастим измењивачима топлоте са ВцТТ турбулаторима, Синг и Саркар27 су користили материјале за промену фазе (ПЦМ), дисперговане једноструке/нанокомпозитне нанофлуиде (Ал2О3@ДВ са ПЦМ и Ал2О3 + ПЦМ).Они су известили да се пренос топлоте и губитак притиска повећавају како се коефицијент увијања смањује и концентрација наночестица расте.Већи фактор дубине В-зареза или мањи фактор ширине могу обезбедити већи пренос топлоте и губитак притиска.Поред тога, графен-платина (Гр-Пт) је коришћен за истраживање топлоте, трења и укупне стопе стварања ентропије у цевима са 2-ТТ28 уметцима.Њихова студија је показала да мањи проценат (Гр-Пт) значајно смањује стварање топлотне ентропије у поређењу са релативно већим развојем ентропије трења.Мешани нанофлуиди Ал2О3@МгО и конусни ВЦ могу се сматрати добром мешавином, пошто повећани однос (х/Δп) може побољшати хидротермалне перформансе двоцевног измењивача топлоте 29 .Нумерички модел се користи за процену перформанси уштеде енергије и заштите животне средине измењивача топлоте са различитим троделним хибридним нанофлуидима (ТХНФ) (Ал2О3 + графен + МВЦНТ) суспендованим у ДВ30.Због његових критеријума за процену перформанси (ПЕЦ) у опсегу од 1,42–2,35, потребна је комбинација депресивног уврнутог уметка турбулизатора (ДТТИ) и (Ал2О3 + Графен + МВЦНТ).
До сада је мало пажње посвећено улози ковалентне и нековалентне функционализације у хидродинамичком струјању у термалним флуидима.Специфична сврха овог истраживања била је да се упореде топлотно-хидрауличне карактеристике нанофлуида (ЗНП-СДБС@ДВ) и (ЗНП-ЦООХ@ДВ) у уметцима од тордиране траке са угловима спирале од 45° и 90°.Термофизичка својства су мерена при Тин = 308 К. У овом случају су у процесу поређења узета у обзир три масена удела, као што су (0,025 теж.%, 0,05 теж.% и 0,1 теж.%).Пренос смичног напона у 3Д моделу турбулентног струјања (ССТ к-ω) се користи за решавање термо-хидрауличних карактеристика.Дакле, ова студија даје значајан допринос проучавању позитивних (пренос топлоте) и негативних особина (пад притиска на трење), демонстрирајући термо-хидрауличне карактеристике и оптимизацију стварних радних флуида у оваквим инжењерским системима.
Основна конфигурација је глатка цев (Л = 900 мм и Дх = 20 мм).Уметнута тордирана трака димензија (дужина = 20 мм, дебљина = 0,5 мм, профил = 30 мм).У овом случају, дужина, ширина и ход спиралног профила били су 20 мм, 0,5 мм и 30 мм, респективно.Увијене траке су нагнуте под углом од 45° и 90°.Различите радне течности као што су ДВ, нековалентни нанофлуиди (ГНФ-СДБС@ДВ) и ковалентни нанофлуиди (ГНФ-ЦООХ@ДВ) на Тин = 308 К, три различите масене концентрације и различити Рејнолдсови бројеви.Испитивања су обављена унутар измењивача топлоте.Спољни зид спиралне цеви је загрејан на константној површинској температури од 330 К да би се тестирали параметри за побољшање преноса топлоте.
На сл.1 шематски приказује уврнуту цев за уметање траке са применљивим граничним условима и мрежном површином.Као што је раније поменуто, гранични услови брзине и притиска примењују се на улазне и излазне делове спирале.При константној површинској температури, на зид цеви се поставља услов неклизања.Тренутна нумеричка симулација користи решење засновано на притиску.Истовремено, програм (АНСИС ФЛУЕНТ 2020Р1) се користи за претварање парцијалне диференцијалне једначине (ПДЕ) у систем алгебарских једначина коришћењем методе коначних запремина (ФММ).СИМПЛЕ метода другог реда (полуимплицитна метода за секвенцијалне једначине зависне од притиска) повезана је са брзина-притисак.Треба нагласити да је конвергенција резидуала за једначине масе, импулса и енергије мања од 103 и 106, респективно.
п Дијаграм физичких и рачунарских домена: (а) угао хеликса 90°, (б) угао спирале 45°, (ц) нема спиралне оштрице.
За објашњење особина нанофлуида користи се хомогени модел.Уграђивањем наноматеријала у базни флуид (ДВ), формира се континуални флуид са одличним термичким својствима.У том погледу, температура и брзина базног флуида и наноматеријала имају исту вредност.Због наведених теорија и претпоставки, у овој студији функционише ефикасан једнофазни проток.Неколико студија је показало ефикасност и применљивост једнофазних техника за нанофлуидни проток31,32.
Проток нанофлуида мора бити Њутнов турбулентан, нестишљив и стационаран.Рад на компресију и вискозно загревање су ирелевантни у овој студији.Поред тога, дебљина унутрашњих и спољашњих зидова цеви се не узима у обзир.Према томе, једначине за очување масе, момента и енергије које дефинишу термички модел могу се изразити на следећи начин:
где је \(\оверригхтарров{В}\) вектор средње брзине, Кефф = К + Кт је ефективна топлотна проводљивост ковалентних и нековалентних нанофлуида, а ε је брзина дисипације енергије.Ефективна термофизичка својства нанофлуида, укључујући густину (ρ), вискозитет (μ), специфични топлотни капацитет (Цп) и топлотну проводљивост (к), приказана у табели, мерена су током експерименталне студије на температури од 308 К1 када се користи у овим симулаторима.
Нумеричке симулације турбулентног струјања нанофлуида у конвенционалним и ТТ цевима изведене су на Реинолдсовим бројевима 7000 ≤ Ре ≤ 17000. Ове симулације и коефицијенти конвективног преноса топлоте су анализирани коришћењем Менторовог κ-ω турбулентног модела преноса просечног смичног напона (ССТ) модел Навиер-Стокес, који се обично користи у аеродинамичким истраживањима.Поред тога, модел ради без зидне функције и прецизан је у близини зидова 35,36.(ССТ) κ-ω владајуће једначине модела турбуленције су следеће:
где је \(С\) вредност брзине деформације, а \(и\) је растојање до суседне површине.У међувремену, \({\алпха}_{1}\), \({\алпха}_{2}\), \({\бета}_{1}\), \({\бета}_{ 2 }\), \({\бета}^{*}\), \({\сигма_{{к}_{1}}\), \({\сигма_{{к}_{ 2 }}\), \({\сигма}_{{\омега}_{1}}\) и \({\сигма}_{{\омега}_{2}}\) означавају све константе модела.Ф1 и Ф2 су мешовите функције.Напомена: Ф1 = 1 у граничном слоју, 0 у надолазећем току.
Параметри процене перформанси се користе за проучавање турбулентног конвективног преноса топлоте, ковалентног и нековалентног тока нанофлуида, на пример31:
У овом контексту, (\(\рхо\)), (\(в\)), (\({Д}_{х}\)) и (\(\му\)) се користе за густину, брзину флуида , хидраулички пречник и динамички вискозитет.(\({Ц}_{п}\, \матхрм{у}\, к\)) – специфични топлотни капацитет и топлотна проводљивост флуида који тече.Такође, (\(\дот{м}\)) се односи на масени проток, а (\({Т}_{оут}-{Т}_{ин}\)) се односи на улазну и излазну температурну разлику.(НФ) се односи на ковалентне, нековалентне нанофлуиде, а (ДВ) се односи на дестиловану воду (базни флуид).\({А}_{с} = \пи ДЛ\), \({\оверлине{Т}}_{ф}=\фрац{\лефт({Т}_{оут}-{Т}_{ин }\ригхт)}{2}\) и \({\оверлине{Т}}_{в}=\сум \фрац{{Т}_{в}}{н}\).
Термофизичка својства базног флуида (ДВ), нековалентног нанофлуида (ГНФ-СДБС@ДВ) и ковалентног нанофлуида (ГНФ-ЦООХ@ДВ) преузета су из објављене литературе (експерименталне студије), Сн = 308 К, као приказано у табели 134. У типичном експерименту за добијање нековалентног (ГНП-СДБС@ДВ) нанофлуида са познатим масеним процентима, одређени грами примарних ГНП су првобитно измерени на дигиталној ваги.Однос тежине СДБС/нативни ГНП је (0,5:1) пондерисан у ДВ.У овом случају, ковалентни (ЦООХ-ГНП@ДВ) нанофлуиди су синтетизовани додавањем карбоксилних група на површину ГНП у јако киселој средини са запреминским односом (1:3) ХНО3 и Х2СО4.Ковалентни и нековалентни нанофлуиди су суспендовани у ДВ у три различита тежинска процента као што су 0,025 теж%, 0,05 теж%.и 0,1% масе.
Тестови независности мреже су спроведени у четири различита рачунарска домена како би се осигурало да величина мреже не утиче на симулацију.У случају торзионе цеви од 45°, број јединица величине јединице 1,75 мм је 249 033, број јединица величине јединице 2 мм је 307 969, број јединица величине јединице 2,25 мм је 421 406, а број јединица са величином јединице 2 .5 мм 564 940 респективно.Поред тога, у примеру 90° уврнуте цеви, број елемената са величином елемента од 1,75 мм је 245 531, број елемената са величином елемента од 2 мм је 311 584, број елемената са величином елемента од 2,25 мм је 422.708, а број елемената са величином елемента од 2,5 мм је 573.826.Тачност очитавања термичких својстава као што су (Тоут, хтц и Нуавг) расте како се број елемената смањује.Истовремено, тачност вредности коефицијента трења и пада притиска показала је потпуно другачије понашање (слика 2).Мрежа (2) је коришћена као главна мрежна област за процену топлотно-хидрауличких карактеристика у симулираном случају.
Тестирање преноса топлоте и перформанси пада притиска независно од мреже коришћењем парова ДВ цеви уврнутих на 45° и 90°.
Садашњи нумерички резултати су потврђени за перформансе преноса топлоте и коефицијент трења коришћењем добро познатих емпиријских корелација и једначина као што су Дитус-Белтер, Петукхов, Гнелински, Ноттер-Роусе и Бласиус.Поређење је обављено под условом 7000≤Ре≤17000.Према сл.3, просечне и максималне грешке између резултата симулације и једначине преноса топлоте су 4,050 и 5,490% (Диттус-Белтер), 9,736 и 11,33% (Петухов), 4,007 и 7,483% (Гнелински), и 3,883% (Гнелински) и 3,883% и 11,33% (Петухов). Нот-Белтер).Ружа).У овом случају, просечна и максимална грешка између резултата симулације и једначине коефицијента трења су 7,346% и 8,039% (Блазијус) и 8,117% и 9,002% (Петухов), респективно.
Пренос топлоте и хидродинамичка својства ДВ код различитих Рејнолдсових бројева коришћењем нумеричких прорачуна и емпиријских корелација.
У овом одељку се разматрају термичка својства нековалентних (ЛНП-СДБС) и ковалентних (ЛНП-ЦООХ) водених нанофлуида при три различите масене фракције и Рејнолдсови бројеви као просеци у односу на базни флуид (ДВ).Две геометрије измењивача топлоте са намотаним тракама (угао спирале 45° и 90°) су разматране за 7000 ≤ Ре ≤ 17000. На сл.4 приказује просечну температуру на излазу нанофлуида у базни флуид (ДВ) (\(\фрац{{{{{Т}_{оут}}_{НФс}}{{{Т}_{оут}}_{ ДВ } } \) ) на (0,025% теж., 0,05% теж. и 0,1% теж.).(\(\фрац{{{Т}_{оут}}_{НФс}}{{{Т}_{оут}}_{ДВ}})) је увек мањи од 1, што значи да је излазна температура је нековалентни (ВНП-СДБС) и ковалентни (ВНП-ЦООХ) нанофлуиди су испод температуре на излазу из базне течности.Најмање и највеће смањење биле су 0,1 теж.%-ЦООХ@ГНПс и 0,1 теж.%-СДБС@ГНПс, респективно.Ова појава је последица повећања Рејнолдсовог броја при константном масеном уделу, што доводи до промене својстава нанофлуида (односно густине и динамичког вискозитета).
Слике 5 и 6 приказују просечне карактеристике преноса топлоте нанофлуида у базни флуид (ДВ) на (0,025 теж.%, 0,05 теж.% и 0,1 теж.%).Просечна својства преноса топлоте су увек већа од 1, што значи да су својства преноса топлоте нековалентних (ЛНП-СДБС) и ковалентних (ЛНП-ЦООХ) нанофлуида побољшана у поређењу са базним флуидом.0,1 теж%-ЦООХ@ГНПс и 0,1 теж%-СДБС@ГНПс постигли су најнижи и највећи добитак, респективно.Када се Рејнолдсов број повећа због већег мешања флуида и турбуленције у цеви 1, перформансе преноса топлоте се побољшавају.Течности кроз мале празнине достижу веће брзине, што резултира тањим граничним слојем брзина/топлота, што повећава брзину преноса топлоте.Додавање више наночестица основној течности може имати и позитивне и негативне резултате.Корисни ефекти укључују повећане сударе наночестица, повољне захтеве за топлотном проводљивошћу течности и побољшани пренос топлоте.
Коефицијент преноса топлоте нанофлуида у базни флуид у зависности од Рејнолдсовог броја за цеви од 45° и 90°.
Истовремено, негативан ефекат је повећање динамичког вискозитета нанофлуида, што смањује покретљивост нанофлуида, чиме се смањује просечан Нуселтов број (Нуавг).Повећана топлотна проводљивост нанофлуида (ЗНП-СДБС@ДВ) и (ЗНП-ЦООХ@ДВ) треба да буде последица Брауновског кретања и микроконвекције наночестица графена суспендованих у ДВ37.Топлотна проводљивост нанофлуида (ЗНП-ЦООХ@ДВ) је већа од топлотне проводљивости нанофлуида (ЗНП-СДБС@ДВ) и дестиловане воде.Додавање више наноматеријала основној течности повећава њихову топлотну проводљивост (Табела 1)38.
Слика 7 илуструје просечни коефицијент трења нанофлуида са базним флуидом (ДВ) (ф(НФс)/ф(ДВ)) у масеним процентима (0,025%, 0,05% и 0,1%).Просечан коефицијент трења је увек ≈1, што значи да нековалентни (ГНФ-СДБС@ДВ) и ковалентни (ГНФ-ЦООХ@ДВ) нанофлуиди имају исти коефицијент трења као и основни флуид.Измењивач топлоте са мање простора ствара више препрека протоку и повећава трење протока1.У основи, коефицијент трења се благо повећава са повећањем масеног удела нанофлуида.Већи губици због трења су узроковани повећаним динамичким вискозитетом нанофлуида и повећаним напоном смицања на површини са већим масеним процентом нанографена у основној течности.Табела (1) показује да је динамички вискозитет нанофлуида (ЗНП-СДБС@ДВ) већи од вискозитета нанофлуида (ЗНП-ЦООХ@ДВ) при истом тежинском проценту, што је повезано са додатком површинских ефеката.активних агенаса на нековалентном нанофлуиду.
На сл.8 приказује нанофлуид у поређењу са базним флуидом (ДВ) (\(\фрац{{\Делта П}_{НФс}}{{\Делта П}_{ДВ}}\)) на (0,025%, 0,05% и 0,1% ).Нековалентни (ГНПс-СДБС@ДВ) нанофлуид је показао већи просечни губитак притиска, и са повећањем масеног процента на 2,04% за 0,025% теж., 2,46% за 0,05% теж.и 3,44% за 0,1% теж.са увећањем кућишта (угао спирале 45° и 90°).У међувремену, нанофлуид (ГНПс-ЦООХ@ДВ) је показао нижи просечни губитак притиска, повећавајући се са 1,31% на 0,025% теж.до 1,65% при 0,05% теж.Просечан губитак притиска од 0,05 теж.%-ЦООХ@НП и 0,1 теж.%-ЦООХ@НП је 1,65%.Као што се може видети, пад притиска расте са повећањем Ре броја у свим случајевима.Повећани пад притиска при високим Ре вредностима указује на директну зависност од запреминског протока.Дакле, већи Ре број у цеви доводи до већег пада притиска, што захтева повећање снаге пумпе39,40.Поред тога, губици притиска су већи због већег интензитета вртлога и турбуленције које ствара већа површина, што повећава интеракцију сила притиска и инерције у граничном слоју1.
Уопштено, критеријуми за процену перформанси (ПЕЦ) за нековалентне (ВНП-СДБС@ДВ) и ковалентне (ВНП-ЦООХ@ДВ) нанофлуиде су приказани на Сл.9. Нанофлуид (ЗНП-СДБС@ДВ) је показао веће ПЕЦ вредности од (ЗНП-ЦООХ@ДВ) у оба случаја (угао спирале 45° и 90°) и побољшан је повећањем масеног удела, на пример, 0,025 теж.%.је 1,17, 0,05 теж.% је 1,19 и 0,1 теж.% је 1,26.У међувремену, вредности ПЕЦ за коришћење нанофлуида (ГНПс-ЦООХ@ДВ) биле су 1,02 за 0,025 теж%, 1,05 за 0,05 теж%, 1,05 за 0,1 теж.%.у оба случаја (угао спирале 45° и 90°).1.02.По правилу, са повећањем Рејнолдсовог броја, топлотно-хидраулична ефикасност се значајно смањује.Како Рејнолдсов број расте, смањење коефицијента топлотно-хидрауличке ефикасности је систематски повезано са повећањем (НуНФс/НуДВ) и смањењем (фНФс/фДВ).
Хидротермална својства нанофлуида у односу на базне течности у зависности од Рејнолдсовог броја за цеви са угловима од 45° и 90°.
Овај одељак разматра термичка својства воде (ДВ), нековалентних (ВНП-СДБС@ДВ) и ковалентних (ВНП-ЦООХ@ДВ) нанофлуида при три различите масене концентрације и Рејнолдсовим бројевима.Две геометрије измењивача топлоте са намотаним тракама су разматране у опсегу 7000 ≤ Ре ≤ 17000 у односу на конвенционалне цеви (углови спирале 45° и 90°) да би се процениле просечне топлотно-хидрауличне перформансе.На сл.10 приказује температуру воде и нанотечности на излазу као просек користећи (угао спирале 45° и 90°) за заједничку цев (\(\фрац{{{Т}_{оут}}_{Твистед}}{{ {Т} _{оут}}_{Регулар}}\)).Нековалентни (ГНП-СДБС@ДВ) и ковалентни (ГНП-ЦООХ@ДВ) нанофлуиди имају три различите масене фракције као што су 0,025 теж%, 0,05 теж% и 0,1 теж%.Као што је приказано на сл.11, просечна вредност излазне температуре (\(\фрац{{{{Т}_{оут}}_{Твистед}}{{{Т}_{оут}}_{Плаин}})) > 1, што указује да је (угао спирале од 45° и 90°) температура на излазу из измењивача топлоте значајнија од оне код конвенционалне цеви, због већег интензитета турбуленције и бољег мешања течности.Поред тога, температура на излазу ДВ, нековалентних и ковалентних нанофлуида опадала је са повећањем Рејнолдсовог броја.Базни флуид (ДВ) има највишу средњу излазну температуру.У међувремену, најнижа вредност се односи на 0,1 теж%-СДБС@ГНПс.Нековалентни (ГНПс-СДБС@ДВ) нанофлуиди су показали нижу просечну излазну температуру у поређењу са ковалентним (ГНПс-ЦООХ@ДВ) нанофлуидима.Пошто уврнута трака чини поље протока мешанијим, топлотни ток у близини зида може лакше да прође кроз течност, повећавајући укупну температуру.Мањи однос увијања и траке резултира бољим продирањем и самим тим бољим преносом топлоте.С друге стране, може се видети да умотана трака одржава нижу температуру уза зид, што заузврат повећава Нуавг.За уметке од уплетене траке, виша вредност Нуавг указује на побољшани конвективни пренос топлоте унутар цеви22.Због повећаног пута протока и додатног мешања и турбуленције, време задржавања се повећава, што резултира повећањем температуре течности на излазу41.
Рејнолдсови бројеви различитих нанофлуида у односу на излазну температуру конвенционалних цеви (углови спирале од 45° и 90°).
Коефицијенти преноса топлоте (45° и 90° угао спирале) наспрам Рејнолдсових бројева за различите нанофлуиде у поређењу са конвенционалним цевима.
Главни механизам побољшаног преноса топлоте намотане траке је следећи: 1. Смањење хидрауличког пречника цеви за размену топлоте доводи до повећања брзине протока и закривљености, што заузврат повећава напон смицања на зиду и промовише секундарно кретање.2. Због блокаде траке за намотавање, брзина на зиду цеви се повећава, а дебљина граничног слоја се смањује.3. Спирални ток иза увијеног појаса доводи до повећања брзине.4. Индуковани вртлози побољшавају мешање флуида између централног и призидног региона тока42.На сл.11 и сл.12 приказује својства преноса топлоте ДВ и нанофлуида, на пример (коефицијент преноса топлоте и просечан Нуселтов број) као просечне вредности помоћу цеви за уметање упредене траке у поређењу са конвенционалним цевима.Нековалентни (ГНП-СДБС@ДВ) и ковалентни (ГНП-ЦООХ@ДВ) нанофлуиди имају три различите масене фракције као што су 0,025 теж%, 0,05 теж% и 0,1 теж%.У оба измењивача топлоте (угао спирале од 45° и 90°) просечна перформанса преноса топлоте је >1, што указује на побољшање коефицијента преноса топлоте и просечног Нуселтовог броја са намотаним цевима у поређењу са конвенционалним цевима.Нековалентни (ГНПс-СДБС@ДВ) нанофлуиди су показали веће просечно побољшање преноса топлоте од ковалентних (ГНПс-ЦООХ@ДВ) нанофлуида.При Ре = 900, побољшање од 0,1 теж% у перформансама преноса топлоте -СДБС@ГНПс за два измењивача топлоте (угао спирале од 45° и 90°) било је највеће са вредношћу од 1,90.То значи да је униформни ТП ефекат важнији при мањим брзинама флуида (Реинолдсов број)43 и повећаном интензитету турбуленције.Због увођења вишеструких вртлога, коефицијент преноса топлоте и просечан Нуселтов број ТТ цеви су већи од конвенционалних цеви, што резултира тањим граничним слојем.Да ли присуство ХП повећава интензитет турбуленције, мешања токова радног флуида и побољшаног преноса топлоте у поређењу са основним цевима (без уметања уврнуте-уврнуте траке)21.
Просечан Нуселтов број (угао спирале 45° и 90°) у односу на Рејнолдсов број за различите нанофлуиде у поређењу са конвенционалним цевима.
Слике 13 и 14 приказују просечни коефицијент трења (\(\фрац{{ф}_{Твистед}}{{ф}_{Плаин}}\)) и губитак притиска (\(\фрац{{\Делта П}) _ {Твистед}}{{\Делта П}_{Плаин}}\}} око 45° и 90° за конвенционалне цеви које користе ДВ нанофлуиде, (ГНПс-СДБС@ДВ) и (ГНПс-ЦООХ@ДВ) јонски измењивач садржи (0,025 теж. %, 0,05 теж. % и 0,1 теж. %). { {ф}_{Плаин} }\)) и губитак притиска (\(\фрац{{ \Делта П}_{Твистед}}{{\Делта П }_{Плаин}}\}) смањење.Коефицијент трења и губитак притиска су већи код нижих Рејнолдсових бројева Просечан коефицијент трења и губитак притиска су између 3,78 и 3,12 Просечан коефицијент трења и губитак притиска показују да (45° спирала угао и 90°) размењивач топлоте кошта три пута више од конвенционалних цеви.Осим тога, када радни флуид тече већом брзином, коефицијент трења опада.Проблем настаје јер како се Рејнолдсов број повећава, дебљина граничног слоја смањује, што доводи до смањења утицаја динамичке вискозности на погођено подручје, смањења градијената брзине и смичућих напона и, последично, смањења коефицијента трења21.Побољшани ефекат блокирања због присуства ТТ и повећаног вртлога резултира значајно већим губицима притиска за хетерогене ТТ цеви него за основне цеви.Поред тога, и за основну цев и за ТТ цев, може се видети да се пад притиска повећава са брзином радног флуида43.
Коефицијент трења (угао спирале од 45° и 90°) у односу на Рејнолдсов број за различите нанофлуиде у поређењу са конвенционалним цевима.
Губитак притиска (угао спирале од 45° и 90°) као функција Рејнолдсовог броја за различите нанофлуиде у односу на конвенционалну цев.
Укратко, слика 15 приказује критеријуме за процену перформанси (ПЕЦ) за измењиваче топлоте са угловима од 45° и 90° у поређењу са обичним цевима (\(\фрац{{ПЕЦ}_{Твистед}}{{ПЕЦ}_{Плаин}} \ ) ) у (0,025 теж.%, 0,05 теж.% и 0,1 теж.%) користећи ДВ, (ВНП-СДБС@ДВ) и ковалентне (ВНП-ЦООХ@ДВ) нанофлуиде.Вредност (\(\фрац{{ПЕЦ}_{Твистед}}{{ПЕЦ}_{Плаин}})) > 1 у оба случаја (угао спирале од 45° и 90°) у измењивачу топлоте.Поред тога, (\(\фрац{{ПЕЦ}_{Твистед}}{{ПЕЦ}_{Плаин}}\)) достиже своју најбољу вредност при Ре = 11.000.Измењивач топлоте од 90° показује благи пораст (\ (\фрац{{ПЕЦ}_{Твистед}}{{ПЕЦ}_{Плаин}})) у поређењу са измењивачем топлоте од 45°., При Ре = 11,000 0,1 вт%-ГНПс@СДБС представља веће (\(\фрац{{ПЕЦ}_{Твистед}}{{ПЕЦ}_{Плаин}})) вредности, нпр. 1,25 за угао измењивача топлоте од 45° и 1,27 за угаони измењивач топлоте од 90°.Он је већи од један у свим процентима масеног удела, што указује да су цеви са уврнутим уметцима траке супериорније од конвенционалних цеви.Значајно је да је побољшани пренос топлоте који обезбеђују уметци траке резултирао значајним повећањем губитака због трења22.
Критеријуми ефикасности за Рејнолдсов број различитих нанофлуида у односу на конвенционалне цеви (угао спирале од 45° и 90°).
Додатак А показује струјне линије за измењиваче топлоте од 45° и 90° на Ре = 7000 користећи ДВ, 0,1 теж%-ГНП-СДБС@ДВ и 0,1 теж%-ГНП-ЦООХ@ДВ.Струјне линије у попречној равни су најупечатљивија карактеристика ефекта уплетених уметака траке на главни ток.Употреба измењивача топлоте од 45° и 90° показује да је брзина у региону близу зида приближно иста.У међувремену, Додатак Б показује контуре брзине за измењиваче топлоте од 45° и 90° на Ре = 7000 користећи ДВ, 0,1 теж%-ГНП-СДБС@ДВ и 0,1 теж%-ГНП-ЦООХ@ДВ.Петље брзине се налазе на три различите локације (резине), на пример, обична-1 (П1 = −30 мм), обична-4 (П4 = 60 мм) и обична-7 (П7 = 150 мм).Брзина протока у близини зида цеви је најмања, а брзина флуида расте према центру цеви.Поред тога, приликом проласка кроз ваздушни канал повећава се површина малих брзина у близини зида.Ово је због раста хидродинамичког граничног слоја, који повећава дебљину области мале брзине у близини зида.Поред тога, повећање Рејнолдсовог броја повећава укупни ниво брзине у свим попречним пресецима, чиме се смањује дебљина области мале брзине у каналу39.
Ковалентно и нековалентно функционализовани нано листови графена су процењени у уврнутим уметцима траке са угловима спирале од 45° и 90°.Измењивач топлоте је нумерички решен коришћењем ССТ к-омега модела турбуленције на 7000 ≤ Ре ≤ 17000. Термофизичка својства су израчуната на Тин = 308 К. Истовремено загревати зид уврнуте цеви на константној температури од 330 К. ЦООХ@ДВ) је разблажен у три масене количине, на пример (0,025 теж.%, 0,05 теж.% и 0,1 теж.%).Садашња студија разматра шест главних фактора: излазну температуру, коефицијент преноса топлоте, просечан Нуселтов број, коефицијент трења, губитак притиска и критеријуме за процену перформанси.Ево главних налаза:
Просечна излазна температура (\({Т}_{оут}}_{Нанофлуидс}\)/\({{Т}_{оут}}_{Басефлуид}\)) је увек мања од 1, што значи да нераспрострањена Излазна температура валентних (ЗНП-СДБС@ДВ) и ковалентних (ЗНП-ЦООХ@ДВ) нанофлуида је нижа од температуре базне течности.У међувремену, просечна излазна температура (\({{Т}_{оут}}_{Твистед}\)/\({{Т}_{оут}}_{Плаин}\)) вредност > 1, што указује на чињеница да је (45° и 90° угао спирале) излазна температура виша него код конвенционалних цеви.
У оба случаја, просечне вредности својстава преноса топлоте (нанофлуид/базни флуид) и (уврнута цев/нормална цев) увек показују >1.Нековалентни (ГНПс-СДБС@ДВ) нанофлуиди су показали веће просечно повећање преноса топлоте, што одговара ковалентним (ГНПс-ЦООХ@ДВ) нанофлуидима.
Просечан коефицијент трења (\({ф}_{Нанофлуидс}/{ф}_{Басефлуид}\)) нековалентних (ВНП-СДБС@ДВ) и ковалентних (ВНП-ЦООХ@ДВ) нанофлуида је увек ≈1 .трење нековалентних (ЗНП-СДБС@ДВ) и ковалентних (ЗНП-ЦООХ@ДВ) нанофлуида (\({ф}_{Твистед}/{ф}_{Плаин}\)) за увек > 3.
У оба случаја (угао спирале од 45° и 90°), нанофлуиди (ГНПс-СДБС@ДВ) су показали више ({\Делта П}_{Нанофлуидс}/{\Делта П}_{Басефлуид}\)) 0,025 теж.% за 2.04%, 0.05 теж.% за 2.46% и 0.1 теж.% за 3.44%.У међувремену, (ГНПс-ЦООХ@ДВ) нанофлуиди су показали ниже (\({\Делта П}_{Нанофлуидс}/{\Делта П}_{Басефлуид}\)) од 1,31% за 0,025 теж.% до 1,65% је 0,05 % према тежини.Поред тога, просечни губитак притиска (\({\Делта П}_{Твистед}/{\Делта П}_{Плаин}\) нековалентног (ГНПс-СДБС@ДВ) и ковалентног (ГНПс-ЦООХ@ДВ) ))) нанофлуиди увек >3.
У оба случаја (углови спирале од 45° и 90°), нанофлуиди (ГНПс-СДБС@ДВ) су показали већу (\({ПЕЦ}_{Нанофлуидс}/{ПЕЦ} _{Басефлуид}\)) @ДВ вредност) , нпр. 0,025 теж.% – 1,17, 0,05 теж.% – 1,19, 0,1 теж.% – 1,26.У овом случају, вредности (\({ПЕЦ}_{Нанофлуидс}/{ПЕЦ}_{Басефлуид}\)) коришћењем (ГНПс-ЦООХ@ДВ) нанофлуида су 1,02 за 0,025 теж.%, 1,05 за 0 , 05 мас.% и 1,02 је 0,1 тежинских %.Поред тога, при Ре = 11.000, 0,1 теж%-ГНПс@СДБС је показао веће вредности (\({ПЕЦ}_{Твистед}/{ПЕЦ}_{Плаин}\)), као што је 1,25 за угао спирале од 45° и угао спирале од 90° 1,27.
Тхианпонг, Ц. ет ал.Вишенаменска оптимизација протока нанофлуид титанијум диоксида/воде у измењивачу топлоте, побољшана уврнутим уметцима траке са делта крилима.интерни Ј. Хот.Наука.172, 107318 (2022).
Лангеруди, ХГ и Јаваерде, Ц. Експериментално проучавање нењутновског тока флуида у меховима уметнутим типичним и уврнутим тракама у облику слова В.Пренос топлоте и масе 55, 937–951 (2019).
Донг, Кс. ет ал.Експериментално проучавање карактеристика преноса топлоте и отпора струјања спирално увијеног цевастог измењивача топлоте [Ј].Температура наношења.пројекат.176, 115397 (2020).
Ионгсири, К., Еиамса-Ард, П., Вонгцхарее, К. & Еиамса-Ард, СЈЦС Побољшан пренос топлоте у турбулентном каналном току са косим разделним перајима.актуелна истраживања.температура.пројекат.3, 1–10 (2014).