Dėkojame, kad apsilankėte Nature.com.Naudojate naršyklės versiją su ribotu CSS palaikymu.Norėdami gauti geriausią patirtį, rekomenduojame naudoti atnaujintą naršyklę (arba išjungti suderinamumo režimą „Internet Explorer“).Be to, norėdami užtikrinti nuolatinį palaikymą, svetainę rodome be stilių ir JavaScript.
Slankikliai, rodantys tris straipsnius vienoje skaidrėje.Norėdami pereiti per skaidres, naudokite mygtukus „Atgal“ ir „Kitas“ arba, norėdami pereiti per kiekvieną skaidrę, naudokite skaidrių valdiklio mygtukus pabaigoje.
304 10 * 1 mm nerūdijančio plieno suvynioti vamzdžiai Kinijoje
Dydis: 3/4 colio, 1/2 colio, 1 colio, 3 colio, 2 colio
Vieneto vamzdžio ilgis: 6 metrai
Plieno klasė: 201, 304 IR 316
Įvertinimas: 201, 202, 304, 316, 304L, 316 L,
Medžiaga: NERŪDijantis PLIENAS
Būklė: Nauja
Nerūdijančio plieno vamzdžių ritė
Dydis: 3/4 colio, 1/2 colio, 1 colio, 3 colio, 2 colio
Vieneto vamzdžio ilgis: 6 metrai
Plieno klasė: 201, 304 IR 316
Įvertinimas: 201, 202, 304, 316, 304L, 316 L,
Medžiaga: NERŪDijantis PLIENAS
Būklė: Nauja
Kovalentiniai ir nekovalentiniai nanofluidai buvo išbandyti apvaliuose vamzdeliuose su susuktais juostos įdėklais, kurių spiralės kampai buvo 45 ° ir 90 °.Reinoldso skaičius buvo 7000 ≤ Re ≤ 17000, termofizinės savybės buvo įvertintos esant 308 K. Fizinis modelis sprendžiamas skaitmeniniu būdu naudojant dviejų parametrų turbulentinės klampos modelį (SST k-omega turbulencija).Darbe buvo nagrinėjamos nanoskysčių ZNP-SDBS@DV ir ZNP-COOH@DV koncentracijos (0,025 masės %, 0,05 masės % ir 0,1 masės %).Susuktų vamzdžių sienelės šildomos pastovioje 330 K temperatūroje. Šiame tyrime buvo nagrinėjami šeši parametrai: išėjimo temperatūra, šilumos perdavimo koeficientas, vidutinis Nuselto skaičius, trinties koeficientas, slėgio nuostoliai ir eksploatacinių savybių vertinimo kriterijai.Abiem atvejais (45° ir 90° spiralės kampas) ZNP-SDBS@DV nanofluidas pasižymėjo aukštesnėmis šiluminėmis ir hidraulinėmis savybėmis nei ZNP-COOH@DV, ir jis padidėjo didėjant masės daliai, pavyzdžiui, 0,025 masės., ir 0,05 masėsyra 1,19.% ir 1,26 – 0,1 masės %.Abiem atvejais (spiralės kampas 45° ir 90°) termodinaminių charakteristikų reikšmės naudojant GNP-COOH@DW yra 1,02 0,025 % masės, 1,05 0,05 % masės.ir 1,02 – 0,1 masės %.
Šilumokaitis yra termodinaminis įtaisas 1, naudojamas šilumai perduoti vėsinimo ir šildymo metu.Šilumokaičio šiluminės-hidraulinės savybės pagerina šilumos perdavimo koeficientą ir sumažina darbinio skysčio atsparumą.Siekiant pagerinti šilumos perdavimą, buvo sukurti keli metodai, įskaitant turbulencijos stiprintuvus 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 ir nanoskysčius 12, 13, 14, 15.Susuktos juostos įterpimas yra vienas iš sėkmingiausių būdų pagerinti šilumos perdavimą šilumokaičiuose dėl lengvos priežiūros ir mažos kainos7,16.
Eksperimentinių ir kompiuterinių tyrimų metu buvo tiriamos nanoskysčių ir šilumokaičių mišinių su susuktais juostiniais įdėklais hidroterminės savybės.Eksperimentiniame darbe buvo tiriamos trijų skirtingų metalinių nanoskysčių (Ag@DW, Fe@DW ir Cu@DW) hidroterminės savybės adatiniame susuktos juostos (STT) šilumokaityje17.Palyginti su pagrindiniu vamzdžiu, STT šilumos perdavimo koeficientas pagerintas 11% ir 67%.SST išdėstymas yra geriausias ekonominiu požiūriu efektyvumo požiūriu, kai parametras α = β = 0,33.Be to, naudojant Ag@DW buvo pastebėtas n padidėjimas 18,2%, nors didžiausias slėgio nuostolių padidėjimas buvo tik 8,5%.Fizikiniai šilumos perdavimo ir slėgio nuostolių procesai koncentriniuose vamzdžiuose su spiraliniais turbuliatoriais ir be jų buvo tiriami naudojant Al2O3@DW nanofluido turbulentinį srautą su priverstine konvekcija.Didžiausias vidutinis Nuselto skaičius (Nuavg) ir slėgio nuostoliai stebimi esant Re = 20 000, kai ritės žingsnis = 25 mm ir Al2O3@DW nanofluidas 1,6 tūrio%.Taip pat buvo atlikti laboratoriniai tyrimai, siekiant ištirti grafeno oksido nanofluidų (GO@DW), tekančių per beveik apskritus vamzdelius su WC įdėklais, šilumos perdavimo ir slėgio nuostolių charakteristikas.Rezultatai parodė, kad 0,12 vol%-GO@DW padidino konvekcinį šilumos perdavimo koeficientą apie 77%.Kitame eksperimentiniame tyrime nanofluidai (TiO2@DW) buvo sukurti, siekiant ištirti duobutuotų vamzdžių su susuktų juostų įdėklais šilumines ir hidraulines charakteristikas.Didžiausias hidroterminis efektyvumas 1,258 buvo pasiektas naudojant 0,15 tūrio% TiO2@DW, įterptą į 45° pasvirusius velenus, kurių sukimo koeficientas yra 3,0.Vienfazių ir dvifazių (hibridinių) modeliavimo modeliuose atsižvelgiama į CuO@DW nanofluidų srautą ir šilumos perdavimą esant įvairioms kietųjų medžiagų koncentracijoms (1–4 tūrio proc.%)21.Vamzdžio, įkišto viena susukta juosta, didžiausias šiluminis naudingumo koeficientas yra 2,18, o vamzdžio, įkištas dviem susuktomis juostomis tomis pačiomis sąlygomis – 2,04 (dviejų fazių modelis, Re = 36 000 ir 4 tūrio proc.).Ištirtas neniutono turbulentinis karboksimetilceliuliozės (CMC) ir vario oksido (CuO) nanoskysčių srautas magistraliniuose vamzdžiuose ir vamzdžiuose su susuktais įdėklais.Nuavg pagerėjo 16,1 % (pagrindiniam dujotiekiui) ir 60 % (suvyniotam dujotiekiui, kurio santykis yra (H/D = 5)).Paprastai mažesnis sukimo ir juostelės santykis lemia didesnį trinties koeficientą.Eksperimentinio tyrimo metu, naudojant CuO@DW nanoskysčius, buvo tiriamas vamzdžių su susukta juosta (TT) ir ritėmis (VC) įtaka šilumos perdavimo savybėms ir trinties koeficientui.Naudojant 0,3 t.%CuO@DW esant Re = 20 000 leidžia padidinti šilumos perdavimą VK-2 vamzdyje iki maksimalios 44,45 % vertės.Be to, naudojant vytos poros kabelį ir ritės įdėklą tomis pačiomis ribinėmis sąlygomis, trinties koeficientas padidėja 1,17 ir 1,19 koeficientais, palyginti su DW.Apskritai į ritinius įterptų nanoskysčių šiluminis efektyvumas yra geresnis nei nanoskysčių, įterptų į suvytusius laidus.Turbulentinio (MWCNT@DW) nanoskysčio srauto tūrinė charakteristika buvo tiriama horizontaliame vamzdyje, įdėtame į spiralinę vielą.Šiluminių charakteristikų parametrai visais atvejais buvo > 1, o tai rodo, kad nanofluidikų derinys su ritės įdėklu pagerina šilumos perdavimą nenaudojant siurblio galios.Anotacija – Dviejų vamzdžių šilumokaičio su įvairiais įdėklais iš modifikuotos susuktos V formos juostos (VcTT) hidroterminės charakteristikos buvo ištirtos turbulentiško Al2O3 + TiO2@DW nanoskysčio srauto sąlygomis.Palyginti su DW baziniuose vamzdžiuose, „Nuavg“ gerokai pagerėjo 132%, o trinties koeficientas siekia iki 55%.Be to, buvo aptartas nanokompozito Al2O3+TiO2@DW energinis efektyvumas dviejų vamzdžių šilumokaityje26.Savo tyrime jie nustatė, kad Al2O3 + TiO2@DW ir TT naudojimas pagerino eksergijos efektyvumą, palyginti su DW.Koncentriniuose vamzdiniuose šilumokaičiuose su VcTT turbuliatoriais Singh ir Sarkar27 naudojo fazių keitimo medžiagas (PCM), dispersinius pavienius/nanokompozitinius nanofluidus (Al2O3@DW su PCM ir Al2O3 + PCM).Jie pranešė, kad šilumos perdavimas ir slėgio nuostoliai didėja, kai sumažėja sukimo koeficientas ir didėja nanodalelių koncentracija.Didesnis V formos griovelio gylio koeficientas arba mažesnis pločio koeficientas gali užtikrinti didesnį šilumos perdavimą ir slėgio nuostolius.Be to, grafenas-platina (Gr-Pt) buvo naudojama tiriant šilumą, trintį ir bendrą entropijos susidarymo greitį vamzdeliuose su 2-TT28 įdėklais.Jų tyrimas parodė, kad mažesnis procentas (Gr-Pt) žymiai sumažino šilumos entropijos susidarymą, palyginti su santykinai didesniu trinties entropijos vystymusi.Sumaišyti Al2O3@MgO nanofluidai ir kūginis WC gali būti laikomi geru mišiniu, nes padidintas santykis (h/Δp) gali pagerinti dviejų vamzdžių šilumokaičio hidrotermines charakteristikas 29 .Skaitinis modelis naudojamas šilumokaičių su įvairiais trijų dalių hibridiniais nanoskysčiais (THNF) (Al2O3 + grafenas + MWCNT), pakabintais DW30, energijos taupymo ir aplinkosaugos efektyvumui įvertinti.Dėl efektyvumo vertinimo kriterijų (PEC) 1,42–2,35, reikalingas susukto turbulizatoriaus įdėklo (DTTI) ir (Al2O3 + grafenas + MWCNT) derinys.
Iki šiol kovalentinės ir nekovalentinės funkcionalizacijos vaidmeniui šiluminių skysčių hidrodinaminiame sraute buvo skiriama mažai dėmesio.Konkretus šio tyrimo tikslas buvo palyginti nanoskysčių (ZNP-SDBS@DV) ir (ZNP-COOH@DV) šilumines-hidraulines charakteristikas susuktuose juostiniuose intarpuose, kurių spiralės kampai yra 45° ir 90°.Termofizinės savybės buvo išmatuotos esant Alavas = 308 K. Šiuo atveju palyginimo procese buvo atsižvelgta į tris masės dalis, tokias kaip (0,025 masės%, 0,05 masės% ir 0,1 masės%).Šlyties įtempių perdavimas 3D turbulentinio srauto modelyje (SST k-ω) naudojamas šiluminėms-hidraulinėms charakteristikoms išspręsti.Taigi, šis tyrimas reikšmingai prisideda prie teigiamų savybių (šilumos perdavimo) ir neigiamų savybių (slėgio kritimo trinties metu) tyrimo, demonstruojant tokių inžinerinių sistemų šilumines-hidraulines charakteristikas ir realių darbinių skysčių optimizavimą.
Pagrindinė konfigūracija yra lygus vamzdis (L = 900 mm ir Dh = 20 mm).Įdėtos susuktos juostos matmenys (ilgis = 20 mm, storis = 0,5 mm, profilis = 30 mm).Šiuo atveju spiralinio profilio ilgis, plotis ir eiga buvo atitinkamai 20 mm, 0,5 mm ir 30 mm.Susuktos juostos pasvirusios 45° ir 90°.Įvairūs darbiniai skysčiai, tokie kaip DW, nekovalentiniai nanoskysčiai (GNF-SDBS@DW) ir kovalentiniai nanoskysčiai (GNF-COOH@DW), esant Tin = 308 K, trys skirtingos masės koncentracijos ir skirtingi Reinoldso skaičiai.Bandymai buvo atlikti šilumokaičio viduje.Išorinė spiralinio vamzdžio sienelė buvo kaitinama esant pastoviai 330 K paviršiaus temperatūrai, kad būtų patikrinti šilumos perdavimo gerinimo parametrai.
Ant pav.1 schematiškai pavaizduotas susuktas juostos įterpimo vamzdis su atitinkamomis ribinėmis sąlygomis ir tinklelio plotu.Kaip minėta anksčiau, greičio ir slėgio ribinės sąlygos taikomos spiralės įėjimo ir išleidimo dalims.Esant pastoviai paviršiaus temperatūrai, vamzdžio sienelei taikoma neslidumo sąlyga.Dabartinis skaitmeninis modeliavimas naudoja slėgiu pagrįstą sprendimą.Tuo pačiu metu programa (ANSYS FLUENT 2020R1) naudojama dalinei diferencialinei lygčiai (PDE) konvertuoti į algebrinių lygčių sistemą, naudojant baigtinio tūrio metodą (FMM).Antros eilės SIMPLE metodas (pusiau implicitinis metodas nuoseklioms nuo slėgio priklausomoms lygtims) yra susijęs su greičiu ir slėgiu.Reikėtų pabrėžti, kad masės, impulso ir energijos lygčių likučių konvergencija yra mažesnė nei atitinkamai 103 ir 106.
p Fizikinių ir skaičiavimo sričių diagrama: (a) spiralės kampas 90°, (b) spiralės kampas 45°, (c) nėra spiralės ašmenų.
Nanofluidų savybėms paaiškinti naudojamas vienalytis modelis.Į bazinį skystį (DW) įterpus nanomedžiagų, susidaro nenutrūkstamas skystis, pasižymintis puikiomis šiluminėmis savybėmis.Šiuo atžvilgiu bazinio skysčio ir nanomedžiagos temperatūra ir greitis yra vienodi.Dėl aukščiau pateiktų teorijų ir prielaidų šiame tyrime veikia efektyvus vienfazis srautas.Keletas tyrimų parodė vienfazių nanofluidinio srauto metodų veiksmingumą ir pritaikomumą31,32.
Nanoskysčių srautas turi būti Niutono turbulentinis, nesuspaudžiamas ir nejudantis.Suspaudimo darbas ir klampus šildymas šiame tyrime nėra svarbūs.Be to, neatsižvelgiama į vidinės ir išorinės vamzdžio sienelių storį.Todėl masės, impulso ir energijos išsaugojimo lygtis, apibrėžiančios šiluminį modelį, gali būti išreikštos taip:
kur \(\overrightarrow{V}\) yra vidutinio greičio vektorius, Keff = K + Kt yra kovalentinių ir nekovalentinių nanoskysčių efektyvusis šilumos laidumas, o ε yra energijos išsklaidymo greitis.Veiksmingos termofizinės nanoskysčių savybės, įskaitant tankį (ρ), klampumą (μ), savitąją šiluminę talpą (Cp) ir šilumos laidumą (k), parodytos lentelėje, buvo išmatuotos eksperimentinio tyrimo metu, kai jie buvo naudojami 308 K1 temperatūroje. šiuose simuliatoriuose.
Skaitinis turbulentinio nanoskysčio srauto modeliavimas įprastuose ir TT vamzdeliuose buvo atliktas Reynoldso skaičiais 7000 ≤ Re ≤ 17 000. Šie modeliavimai ir konvekciniai šilumos perdavimo koeficientai buvo analizuojami naudojant Mentor κ-ω šlyties įtempių perdavimo (SST) turbulencijos modelį, apskaičiuotą pagal Reynoldo turbulencijos vidurkį. modelis Navier-Stokes, dažniausiai naudojamas aerodinaminiams tyrimams.Be to, modelis veikia be sienos funkcijos ir yra tikslus prie sienų 35,36.(SST) κ-ω turbulencijos modelio lygtys yra šios:
kur \(S\) yra deformacijos greičio reikšmė, o \(y\) yra atstumas iki gretimo paviršiaus.Tuo tarpu \({\alpha}_{1}\), \({\alpha}_{2}\), \({\beta}_{1}\), \({\beta}_{ 2 }\), \({\beta}^{*}\), \({\sigma}_{{k}_{1}}\), \({\sigma}_{{k}_{ 2 }}\), \({\sigma}_{{\omega}_{1}}\) ir \({\sigma}_{{\omega}_{2}}\) žymi visas modelio konstantas.F1 ir F2 yra mišrios funkcijos.Pastaba: F1 = 1 ribiniame sluoksnyje, 0 artėjančiame sraute.
Veiklos vertinimo parametrai naudojami tiriant turbulentinį konvekcinį šilumos perdavimą, kovalentinį ir nekovalentinį nanoskysčių srautą, pavyzdžiui31:
Šiame kontekste (\(\rho\)), (\(v\)), (\({D}_{h}\)) ir (\(\mu\)) naudojami tankiui, skysčio greičiui. , hidraulinis skersmuo ir dinaminis klampumas.(\({C}_{p}\, \mathrm{u}\, k\)) – tekančio skysčio savitoji šiluminė talpa ir šilumos laidumas.Be to, (\(\dot{m}\)) nurodo masės srautą, o (\({T}_{out}-{T}_{in}\))) nurodo įėjimo ir išėjimo temperatūros skirtumą.(NF) reiškia kovalentinius, nekovalentinius nanofluidus, o (DW) – distiliuotą vandenį (bazinį skystį).\({A}_{s} = \pi DL\), \({\overline{T}}_{f}=\frac{\left({T}_{out}-{T}_{in }\right)}{2}\) ir \({\overline{T}}_{w}=\sum \frac{{T}_{w}}{n}\).
Bazinio skysčio (DW), nekovalentinio nanoskysčio (GNF-SDBS@DW) ir kovalentinio nanoskysčio (GNF-COOH@DW) termofizinės savybės buvo paimtos iš publikuotos literatūros (eksperimentiniai tyrimai), Sn = 308 K, kaip 134 lentelėje. Tipiškame Eksperimente, siekiant gauti nekovalentinį (GNP-SDBS@DW) nanofluidą su žinomais masės procentais, tam tikri pirminių BNP gramai iš pradžių buvo pasverti skaitmeninėmis svarstyklėmis.SDBS ir vietinio BNP svorio santykis yra (0,5:1), svertinis DW.Šiuo atveju kovalentiniai (COOH-GNP@DW) nanofluidai buvo susintetinti pridedant karboksilo grupių į GNP paviršių, naudojant stipriai rūgštinę terpę, kurios tūrio santykis (1:3) HNO3 ir H2SO4.Kovalentiniai ir nekovalentiniai nanofluidai buvo suspenduoti DW trimis skirtingais svorio procentais, tokiais kaip 0,025 masės%, 0,05 masės%.ir 0,1% masės.
Tinklo nepriklausomumo testai buvo atlikti keturiose skirtingose skaičiavimo srityse, siekiant užtikrinti, kad tinklelio dydis neturi įtakos modeliavimui.45° torsioninio vamzdžio atveju 1,75 mm agregatų skaičius yra 249 033, 2 mm dydžio agregatų skaičius 307 969, 2,25 mm agregatų skaičius 421 406, o vnt. su vieneto dydžiu 2 ,5 mm atitinkamai 564 940.Be to, 90° susukto vamzdžio pavyzdyje elementų, kurių elementų dydis 1,75 mm, skaičius yra 245 531, elementų, kurių elementų dydis 2 mm, skaičius yra 311 584, elementų, kurių elemento dydis 2,25 mm. 422 708, o elementų, kurių elemento dydis yra 2,5 mm, skaičius yra atitinkamai 573 826.Šiluminių savybių rodmenų, tokių kaip (Tout, htc ir Nuavg), tikslumas didėja mažėjant elementų skaičiui.Tuo pačiu metu trinties koeficiento ir slėgio kritimo verčių tikslumas parodė visiškai skirtingą elgesį (2 pav.).Tinklelis (2) buvo naudojamas kaip pagrindinė tinklelio sritis, siekiant įvertinti šilumines ir hidraulines charakteristikas imituotu atveju.
Šilumos perdavimo ir slėgio kritimo charakteristikų tikrinimas nepriklausomai nuo tinklelio, naudojant DW vamzdžių poras, susuktas 45° ir 90° kampu.
Šie skaitiniai rezultatai buvo patvirtinti šilumos perdavimo efektyvumui ir trinties koeficientui, naudojant gerai žinomas empirines koreliacijas ir lygtis, tokias kaip Dittus-Belter, Petukhov, Gnelinsky, Notter-Rouse ir Blasius.Palyginimas atliktas esant sąlygai 7000≤Re≤17000.Pagal pav.3, vidutinė ir maksimali paklaida tarp modeliavimo rezultatų ir šilumos perdavimo lygties yra 4,050 ir 5,490% (Dittus-Belter), 9,736 ir 11,33% (Petuchov), 4,007 ir 7,483% (Gnelinskis) ir 3,883% (4,893% ir 7). Nott-Belter).Rožė).Šiuo atveju vidutinė ir maksimali paklaida tarp modeliavimo rezultatų ir trinties koeficiento lygties yra atitinkamai 7,346% ir 8,039% (Blasius) ir 8,117% ir 9,002% (Petuchovas).
DW šilumos perdavimo ir hidrodinaminės savybės įvairiais Reinoldso skaičiais, naudojant skaitmeninius skaičiavimus ir empirines koreliacijas.
Šiame skyriuje aptariamos nekovalentinių (LNP-SDBS) ir kovalentinių (LNP-COOH) vandeninių nanoskysčių šiluminės savybės esant trims skirtingoms masės frakcijoms ir Reinoldso skaičiams kaip vidurkiams, palyginti su baziniu skysčiu (DW).Aptariamos dvi ritinių juostinių šilumokaičių geometrijos (spiralės kampas 45° ir 90°), kai 7000 ≤ Re ≤ 17000. Fig.4 parodyta vidutinė temperatūra prie nanoskysčio išėjimo į bazinį skystį (DW) (\(\frac{{{T}_{out}}_{NFs}}{{{T}_{out}}_{ DW } } \) ) esant (0,025 % masės, 0,05 % masės ir 0,1 % masės).(\(\frac{{{T}_{out}}_{NFs}}{{{T}_{out}}_{DW}}\))) visada yra mažesnė nei 1, o tai reiškia, kad išėjimo temperatūra yra nekovalentinis (VNP-SDBS), o kovalentinis (VNP-COOH) nanofluidai yra žemesnėje nei bazinio skysčio išleidimo angos temperatūra.Mažiausias ir didžiausias sumažėjimas buvo atitinkamai 0,1 masės %COOH@GNP ir 0,1 masės % SDBS@GNP.Šis reiškinys atsiranda dėl Reinoldso skaičiaus padidėjimo esant pastoviai masės daliai, dėl kurio pasikeičia nanoskysčio savybės (ty tankis ir dinaminis klampumas).
5 ir 6 paveiksluose parodytos vidutinės nanoskysčio šilumos perdavimo į bazinį skystį (DW) charakteristikos (0,025 masės%, 0,05 masės% ir 0,1 masės%).Vidutinės šilumos perdavimo savybės visada yra didesnės nei 1, o tai reiškia, kad nekovalentinių (LNP-SDBS) ir kovalentinių (LNP-COOH) nanoskysčių šilumos perdavimo savybės yra pagerintos, palyginti su baziniu skysčiu.0,1 masės% COOH@GNP ir 0,1 masės% SDBS@GNP pasiekė atitinkamai mažiausią ir didžiausią padidėjimą.Kai Reinoldso skaičius padidėja dėl didesnio skysčių maišymosi ir turbulencijos vamzdyje 1, šilumos perdavimo efektyvumas pagerėja.Skysčiai per mažus tarpus pasiekia didesnį greitį, todėl susidaro plonesnis greičio / šilumos ribinis sluoksnis, o tai padidina šilumos perdavimo greitį.Pridėjus daugiau nanodalelių į bazinį skystį, gali būti tiek teigiamų, tiek neigiamų rezultatų.Teigiamas poveikis yra padidėjęs nanodalelių susidūrimas, palankūs skysčių šilumos laidumo reikalavimai ir padidėjęs šilumos perdavimas.
Nanoskysčio šilumos perdavimo koeficientas baziniam skysčiui priklauso nuo Reinoldso skaičiaus 45° ir 90° vamzdeliuose.
Tuo pačiu metu neigiamas poveikis yra dinaminio nanoskysčio klampumo padidėjimas, dėl kurio sumažėja nanoskysčio mobilumas ir taip sumažėja vidutinis Nusselt skaičius (Nuavg).Padidėjęs nanofluidų (ZNP-SDBS@DW) ir (ZNP-COOH@DW) šilumos laidumas turėtų būti dėl Brauno judėjimo ir grafeno nanodalelių, suspenduotų DW37, mikrokonvekcijos.Nanoskysčio (ZNP-COOH@DV) šilumos laidumas yra didesnis nei nanoskysčio (ZNP-SDBS@DV) ir distiliuoto vandens.Į bazinį skystį įpylus daugiau nanomedžiagų, padidėja jų šilumos laidumas (1 lentelė)38.
7 paveiksle pavaizduotas vidutinis nanoskysčių trinties koeficientas su baziniu skysčiu (DW) (f(NFs)/f(DW)) masės procentais (0,025%, 0,05% ir 0,1%).Vidutinis trinties koeficientas visada yra ≈1, o tai reiškia, kad nekovalentiniai (GNF-SDBS@DW) ir kovalentiniai (GNF-COOH@DW) nanoskysčiai turi tokį patį trinties koeficientą kaip ir bazinis skystis.Mažiau vietos turintis šilumokaitis sukuria daugiau kliūčių srautui ir padidina srauto trintį1.Iš esmės, trinties koeficientas šiek tiek padidėja didėjant nanofluido masės daliai.Didesnius trinties nuostolius sukelia padidėjęs nanofluido dinaminis klampumas ir padidėjęs šlyties įtempis ant paviršiaus, kai baziniame skystyje yra didesnė nanografeno masės dalis.1 lentelėje parodyta, kad nanofluido (ZNP-SDBS @ DV) dinaminis klampumas yra didesnis nei nanoskysčio (ZNP-COOH @ DV), esant tokiam pat masės procentui, o tai yra susijusi su paviršiaus efektų pridėjimu.veikliosios medžiagos ant nekovalentinio nanoskysčio.
Ant pav.8 parodytas nanofluidas, lyginant su baziniu skysčiu (DW) (\(\frac{{\Delta P}_{NFs}}{{\Delta P}_{DW}}\)) (0,025%, 0,05% ir 0,1% ).Nekovalentinis (GNPs-SDBS@DW) nanofluidas parodė didesnį vidutinį slėgio nuostolį, o masės procentas padidėjo iki 2,04%, kai 0,025% masės, 2,46% - 0,05% masės.ir 3,44 % – 0,1 % masės.su korpuso padidinimu (spiralės kampas 45° ir 90°).Tuo tarpu nanofluidas (GNPs-COOH@DW) parodė mažesnį vidutinį slėgio nuostolį, padidėjusį nuo 1,31%, esant 0,025% masės.iki 1,65 %, esant 0,05 % masės.Vidutinis slėgio nuostolis 0,05 % COOH@NP ir 0,1 masės % COOH@NP yra 1,65 %.Kaip matyti, visais atvejais slėgio kritimas didėja didėjant Re skaičiui.Padidėjusį slėgio kritimą esant didelėms Re vertėms rodo tiesioginė priklausomybė nuo tūrio srauto.Todėl didesnis Re skaičius vamzdyje lemia didesnį slėgio kritimą, todėl reikia padidinti siurblio galią39,40.Be to, slėgio nuostoliai yra didesni dėl didesnio sūkurių ir turbulencijos intensyvumo, atsirandančio dėl didesnio paviršiaus ploto, o tai padidina slėgio ir inercijos jėgų sąveiką ribiniame sluoksnyje1.
Apskritai nekovalentinių (VNP-SDBS@DW) ir kovalentinių (VNP-COOH@DW) nanoskysčių veikimo vertinimo kriterijai (PEC) parodyti Fig.9. Nanofluidas (ZNP-SDBS@DV) abiem atvejais parodė didesnes PEC reikšmes nei (ZNP-COOH@DV) (spiralės kampas 45° ir 90°) ir buvo pagerintas padidinus masės dalį, pavyzdžiui, 0,025. masės %.yra 1,17, 0,05 masės % yra 1,19 ir 0,1 masės % yra 1,26.Tuo tarpu PEC reikšmės naudojant nanofluidus (GNPs-COOH@DW) buvo 1,02 (0,025 masės), 1,05 (0,05 masės), 1,05 (0,1 masės).abiem atvejais (spiralės kampas 45° ir 90°).1.02.Paprastai, padidėjus Reinoldso skaičiui, šiluminis-hidraulinis efektyvumas žymiai sumažėja.Didėjant Reinoldso skaičiui, šiluminio ir hidraulinio efektyvumo koeficiento sumažėjimas sistemingai siejamas su (NuNFs/NuDW) padidėjimu ir (fNFs/fDW) sumažėjimu.
Nanofluidų hidroterminės savybės bazinių skysčių atžvilgiu, priklausomai nuo Reinoldso skaičių vamzdeliams su 45° ir 90° kampais.
Šiame skyriuje aptariamos vandens (DW), nekovalentinių (VNP-SDBS@DW) ir kovalentinių (VNP-COOH@DW) nanoskysčių šiluminės savybės esant trims skirtingoms masės koncentracijoms ir Reinoldso skaičiams.Siekiant įvertinti vidutines šiluminės ir hidraulinės charakteristikas, buvo atsižvelgta į dvi suvyniotų juostų šilumokaičių geometrijas 7000 ≤ Re ≤ 17000 įprastų vamzdžių atžvilgiu (spiralės kampai 45° ir 90°).Ant pav.10 rodoma vidutinė vandens ir nanoskysčių temperatūra prie išleidimo angos, naudojant (spiralės kampas 45° ir 90°) bendram vamzdžiui (\(\frac{{{T}_{out}}_{Twisted}}{{ {T} _{out}}_{Regular}}\)).Nekovalentiniai (GNP-SDBS@DW) ir kovalentiniai (GNP-COOH@DW) nanofluidai turi tris skirtingas svorio frakcijas, tokias kaip 0,025 masės%, 0,05 masės% ir 0,1 masės%.Kaip parodyta pav.11, vidutinė išleidimo angos temperatūros vertė (\(\frac{{{T}_{out}}_{Twisted}}{{{T}_{out}}_{Plain}}\)) > 1, nurodant, kad (45° ir 90° spiralės kampas) temperatūra šilumokaičio išėjimo angoje yra reikšmingesnė nei įprasto vamzdžio, dėl didesnio turbulencijos intensyvumo ir geresnio skysčio maišymosi.Be to, didėjant Reinoldso skaičiui, DW, nekovalentinių ir kovalentinių nanofluidų išleidimo angos temperatūra sumažėjo.Bazinio skysčio (DW) vidutinė išleidimo temperatūra yra aukščiausia.Tuo tarpu mažiausia vertė reiškia 0,1 wt%-SDBS@GNPs.Nekovalentiniai (GNPs-SDBS@DW) nanoskysčiai parodė žemesnę vidutinę išleidimo temperatūrą, palyginti su kovalentiniais (GNPs-COOH@DW) nanoskysčiais.Kadangi dėl susuktos juostos srauto laukas yra labiau susimaišęs, šalia sienos esantis šilumos srautas gali lengviau prasiskverbti per skystį, padidindamas bendrą temperatūrą.Mažesnis sukimo ir juostos santykis užtikrina geresnį įsiskverbimą, taigi ir geresnį šilumos perdavimą.Kita vertus, galima pastebėti, kad valcuota juosta išlaiko žemesnę temperatūrą prie sienos, o tai savo ruožtu padidina Nuavg.Susuktų juostų įdėklų atveju didesnė Nuavg reikšmė rodo pagerėjusį konvekcinį šilumos perdavimą vamzdyje22.Dėl padidėjusio srauto kelio ir papildomo maišymosi bei turbulencijos pailgėja buvimo laikas, todėl pakyla skysčio temperatūra išleidimo angoje41.
Reynoldso įvairių nanofluidų skaičius, palyginti su įprastų vamzdžių išleidimo temperatūra (45 ° ir 90 ° spiralės kampai).
Šilumos perdavimo koeficientai (45° ir 90° spiralės kampas), palyginti su Reinoldso skaičiais įvairiems nanofluidams, palyginti su įprastais vamzdeliais.
Pagrindinis sustiprinto suvyniotos juostos šilumos perdavimo mechanizmas yra toks: 1. Sumažinus šilumos mainų vamzdžio hidraulinį skersmenį, padidėja srauto greitis ir išlinkimas, o tai savo ruožtu padidina sienos šlyties įtempį ir skatina antrinį judėjimą.2. Dėl vyniojimo juostos užsikimšimo greitis ties vamzdžio sienele didėja, o ribinio sluoksnio storis mažėja.3. Spiralinis srautas už susukto diržo padidina greitį.4. Sukeliami sūkuriai pagerina skysčių maišymąsi tarp centrinės ir šalia sienos esančių srauto sričių42.Ant pav.11 ir pav.12 parodytos, pavyzdžiui, DW ir nanoskysčių šilumos perdavimo savybės (šilumos perdavimo koeficientas ir vidutinis Nuselto skaičius) kaip vidurkiai naudojant susuktus juostos įterpimo vamzdelius, palyginti su įprastais vamzdeliais.Nekovalentiniai (GNP-SDBS@DW) ir kovalentiniai (GNP-COOH@DW) nanofluidai turi tris skirtingas svorio frakcijas, tokias kaip 0,025 masės%, 0,05 masės% ir 0,1 masės%.Abiejuose šilumokaičiuose (45° ir 90° spiralės kampas) vidutinis šilumos perdavimo efektyvumas yra >1, o tai rodo, kad pagerėjo šilumos perdavimo koeficientas ir vidutinis Nusselt skaičius, kai vamzdžiai yra suvynioti, palyginti su įprastais vamzdžiais.Nekovalentiniai (GNPs-SDBS@DW) nanofluidai parodė didesnį vidutinį šilumos perdavimo pagerėjimą nei kovalentiniai (GNPs-COOH@DW) nanoskysčiai.Esant Re = 900, dviejų šilumokaičių (45° ir 90° spiralės kampas) šilumos perdavimo efektyvumo -SDBS@GNP pagerėjimas 0,1 masės % buvo didžiausias – 1,90.Tai reiškia, kad vienodas TP efektas yra svarbesnis esant mažesniam skysčio greičiui (Reynoldso skaičius)43 ir didėjant turbulencijos intensyvumui.Dėl kelių sūkurių įvedimo šilumos perdavimo koeficientas ir vidutinis Nusselt skaičius TT vamzdžių yra didesni nei įprastų vamzdžių, todėl ribinis sluoksnis yra plonesnis.Ar HP buvimas padidina turbulencijos intensyvumą, darbinių skysčių srautų maišymąsi ir pagerina šilumos perdavimą, palyginti su baziniais vamzdžiais (neįkišant susuktos-suktos juostos)21.
Vidutinis Nuselto skaičius (spiralės kampas 45° ir 90°), palyginti su Reinoldso skaičiumi įvairiems nanofluidams, palyginti su įprastais vamzdeliais.
13 ir 14 paveiksluose parodytas vidutinis trinties koeficientas (\(\frac{{f}_{Twisted}}{{f}_{Plain}}\)) ir slėgio nuostoliai (\(\frac{{\Delta P}) _ {Twisted}}{{\Delta P}_{Plain}}\}} apie 45° ir 90° įprastiems vamzdžiams, kuriuose naudojami DW nanoskysčiai, (GNPs-SDBS@DW) ir (GNPs-COOH@DW) jonų keitiklis yra ( 0,025 masės %, 0,05 masės % ir 0,1 masės %). { {f}_{Plain} }\)) ir slėgio praradimas (\(\frac{{ \Delta P}_{Twisted}}{{\Delta P _____ kampo ir 90°) šilumokaičio kaina tris kartus didesnė nei įprasti vamzdžiai.Be to, darbiniam skysčiui tekant didesniu greičiu, mažėja trinties koeficientas.Problema kyla todėl, kad didėjant Reinoldso skaičiui, ribinio sluoksnio storis mažėja, dėl to sumažėja dinaminės klampos poveikis paveiktai zonai, mažėja greičio gradientai ir šlyties įtempiai, taigi ir trinties koeficientas21.Patobulintas blokavimo efektas dėl TT buvimo ir padidėjusio sūkurio lemia žymiai didesnius slėgio nuostolius heterogeniniams TT vamzdžiams nei baziniams vamzdžiams.Be to, tiek pagrindinio vamzdžio, tiek TT vamzdžio atveju galima pastebėti, kad slėgio kritimas didėja didėjant darbinio skysčio greičiui43.
Įvairių nanofluidų trinties koeficientas (45° ir 90° spiralės kampas), palyginti su Reinoldso skaičiumi, lyginant su įprastais vamzdeliais.
Slėgio praradimas (45 ° ir 90 ° spiralės kampas) kaip Reinoldso skaičiaus funkcija įvairiems nanofluidams, palyginti su įprastu vamzdžiu.
Apibendrinant, 15 paveiksle parodyti šilumokaičių su 45° ir 90° kampais, palyginti su paprastais vamzdžiais, veikimo vertinimo kriterijai (PEC) (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}} \ )) (0,025 masės%, 0,05 masės% ir 0,1 masės%), naudojant DV, (VNP-SDBS@DV) ir kovalentinius (VNP-COOH@DV) nanoskysčius.Vertė (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) > 1 abiem atvejais (45° ir 90° spiralės kampas) šilumokaityje.Be to, (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\))) pasiekia geriausią vertę, kai Re = 11 000.90° šilumokaičio rodiklis (\ (\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) šiek tiek padidėja, palyginti su 45° šilumokaičiu., Esant Re = 11 000 0,1 masės % GNPs@SDBS reiškia didesnes (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) vertes, pvz., 1,25 45° šilumokaičio kampui ir 1,27 90° kampiniam šilumokaičiui.Jis yra didesnis nei vienetas visais masės dalies procentais, o tai rodo, kad vamzdžiai su susuktos juostos įdėklais yra pranašesni už įprastus vamzdžius.Pažymėtina, kad patobulintas šilumos perdavimas, kurį užtikrina juostos įdėklai, žymiai padidino trinties nuostolius22.
Reynoldso įvairių nanofluidų skaičiaus efektyvumo kriterijai, palyginti su įprastiniais vamzdeliais (45° ir 90° spiralės kampas).
A priede parodytos 45° ir 90° šilumokaičių supaprastinimai, kai Re = 7000, naudojant DW, 0,1 masės % GNP-SDBS@DW ir 0,1 masės % GNP-COOH@DW.Srautinės linijos skersinėje plokštumoje yra ryškiausias susuktų juostų įdėklų poveikio pagrindiniam srautui bruožas.Naudojant 45° ir 90° šilumokaičius matyti, kad greitis šalia sienos yra maždaug vienodas.Tuo tarpu B priede pateikiami 45° ir 90° šilumokaičių greičio kontūrai, kai Re = 7000, naudojant DW, 0,1 masės % GNP-SDBS@DW ir 0,1 masės % GNP-COOH@DW.Greičio kilpos yra trijose skirtingose vietose (pjūviuose), pavyzdžiui, Plain-1 (P1 = -30 mm), Plain-4 (P4 = 60 mm) ir Plain-7 (P7 = 150 mm).Srauto greitis prie vamzdžio sienelės yra mažiausias, o skysčio greitis didėja link vamzdžio centro.Be to, einant per ortakį, didėja mažų greičių plotas prie sienos.Taip yra dėl hidrodinaminio ribinio sluoksnio augimo, dėl kurio padidėja mažo greičio regiono storis prie sienos.Be to, padidinus Reinoldso skaičių, padidėja bendras greičio lygis visuose skerspjūviuose, taip sumažinant mažo greičio srities storį kanale39.
Kovalentiškai ir nekovalentiškai funkcionalizuoti grafeno nanosluoksniai buvo įvertinti susuktuose juostiniuose intarpuose, kurių spiralės kampai buvo 45 ° ir 90 °.Šilumokaitis skaitmeniniu būdu išsprendžiamas naudojant SST k-omega turbulencijos modelį esant 7000 ≤ Re ≤ 17000. Termofizinės savybės skaičiuojamos esant Tin = 308 K. Tuo pačiu metu kaitinkite susuktą vamzdžio sienelę pastovioje 330 K temperatūroje. COOH@DV) buvo atskiestas trimis masės kiekiais, pavyzdžiui (0,025 masės%, 0,05 masės% ir 0,1 masės%).Šiame tyrime buvo nagrinėjami šeši pagrindiniai veiksniai: išleidimo angos temperatūra, šilumos perdavimo koeficientas, vidutinis Nusselt skaičius, trinties koeficientas, slėgio nuostoliai ir veikimo vertinimo kriterijai.Štai pagrindinės išvados:
Vidutinė išleidimo angos temperatūra (\({{T}_{out}}_{Nanofluids}\)/\({{T}_{out}}_{Basefluid}\)) visada yra mažesnė nei 1, o tai reiškia, kad nesklinda Valentinių (ZNP-SDBS@DV) ir kovalentinių (ZNP-COOH@DV) nanoskysčių išėjimo temperatūra yra žemesnė nei bazinio skysčio.Tuo tarpu vidutinė išleidimo angos temperatūra (\({{T}_{out}}_{Twisted}\)/\({{T}_{out}}_{Plain}\)) > 1, o tai rodo faktas, kad (45° ir 90° spiralės kampas) išėjimo temperatūra yra aukštesnė nei naudojant įprastus vamzdžius.
Abiem atvejais vidutinės šilumos perdavimo savybių (nanoskysčio/bazinio skysčio) ir (susukto vamzdelio/įprasto vamzdžio) vertės visada rodo >1.Nekovalentiniai (GNPs-SDBS@DW) nanoskysčiai parodė didesnį vidutinį šilumos perdavimo padidėjimą, atitinkantį kovalentinius (GNPs-COOH@DW) nanoskysčius.
Nekovalentinių (VNP-SDBS@DW) ir kovalentinių (VNP-COOH@DW) nanoskysčių vidutinis trinties koeficientas (\({f}_{Nanofluids}/{f}_{Basefluid}\)) visada yra ≈1 .nekovalentinių (ZNP-SDBS@DV) ir kovalentinių (ZNP-COOH@DV) nanoskysčių (\({f}_{Twisted}/{f}_{Plain}\)) trintis visada > 3.
Abiem atvejais (45° ir 90° spiralės kampas) nanoskysčiai (GNPs-SDBS@DW) buvo didesni (\({\Delta P}_{Nanofluids}/{\Delta P}_{Basefluid}\)) 0,025 masės % – 2,04 %, 0,05 masės % – 2,46 % ir 0,1 masės % – 3,44 %.Tuo tarpu (GNPs-COOH@DW) nanofluidai parodė mažesnį (\({\Delta P}_{Nanofluids}/{\Delta P}_{Basefluid}\)) nuo 1,31 %, kai 0,025 masės %, iki 1,65 % yra 0,05 % pagal svorį.Be to, vidutinis nekovalentinio (GNPs-SDBS@DW) ir kovalentinio (GNPs-COOH@DW) slėgio nuostolis (\({\Delta P}_{Twisted}/{\Delta P}_{Plain}\). ))) nanoskysčiai visada >3.
Abiem atvejais (45° ir 90° spiralės kampai) nanoskysčiai (GNPs-SDBS@DW) parodė didesnę (\({PEC}_{Nanofluids}/{PEC} _{Basefluid}\)) @DW reikšmę) , pvz., 0,025 masės % – 1,17, 0,05 masės % – 1,19, 0,1 masės % – 1,26.Šiuo atveju (\({PEC}_{Nanofluids}/{PEC}_{Basefluid}\)) reikšmės naudojant (GNPs-COOH@DW) nanofluidus yra 1,02, kai 0,025 masės %, 1,05, kai 0 , 05 masės% ir 1,02 yra 0,1 masės %.Be to, esant Re = 11 000, 0,1 masės % GNPs@SDBS rodė didesnes vertes (\({PEC}_{Twisted}/{PEC}_{Plain}\)), pvz., 1,25, kai spiralės kampas 45° ir 90° spiralės kampas 1.27.
Thianpong, C. ir kt.Daugiafunkcis nanofluidinio titano dioksido/vandens srauto optimizavimas šilumokaityje, sustiprintas susuktais juostiniais įdėklais su delta sparnais.vidinis J. Karštas.Mokslas.172, 107318 (2022).
Langerudi, HG ir Jawaerde, C. Eksperimentinis neniutono skysčio srauto tyrimas silfonuose, įterptuose tipiškomis ir V formos susuktomis juostomis.Šilumos ir masės perdavimas 55, 937–951 (2019).
Dong, X. ir kt.Spiraliniu būdu susukto vamzdinio šilumokaičio šilumos perdavimo charakteristikų ir srauto varžos eksperimentinis tyrimas [J].Naudojimo temperatūra.projektą.176, 115397 (2020).
Yongsiri, K., Eiamsa-Ard, P., Wongcharee, K. & Eiamsa-Ard, SJCS Pagerintas šilumos perdavimas turbulentiniame kanalo sraute su įstrižais skiriamaisiais pelekais.aktualūs tyrimai.temperatūros.projektą.3, 1–10 (2014).
Paskelbimo laikas: 2023-03-17