Tak fordi du besøgte Nature.com.Du bruger en browserversion med begrænset CSS-understøttelse.For den bedste oplevelse anbefaler vi, at du bruger en opdateret browser (eller deaktiverer kompatibilitetstilstand i Internet Explorer).For at sikre løbende support viser vi desuden siden uden styles og JavaScript.
Sliders, der viser tre artikler pr. slide.Brug tilbage- og næste-knapperne til at flytte gennem diasene, eller dias-controllerknapperne i slutningen til at flytte gennem hvert dias.
304 10*1mm Rustfri stålspiralrør i Kina
Størrelse: 3/4 tomme, 1/2 tomme, 1 tomme, 3 tomme, 2 tomme
Enhedens rørlængde: 6 meter
Stålkvalitet: 201, 304 OG 316
Karakter: 201, 202, 304, 316, 304L, 316 L,
Materiale: RUSTFRI STÅL
Tilstand: Ny
Rørspiral i rustfrit stål
Størrelse: 3/4 tomme, 1/2 tomme, 1 tomme, 3 tomme, 2 tomme
Enhedens rørlængde: 6 meter
Stålkvalitet: 201, 304 OG 316
Karakter: 201, 202, 304, 316, 304L, 316 L,
Materiale: RUSTFRI STÅL
Tilstand: Ny
Kovalente og ikke-kovalente nanovæsker blev testet i runde rør udstyret med snoede tapeindsatser med helixvinkler på 45° og 90°.Reynolds-tallet var 7000 ≤ Re ≤ 17000, de termofysiske egenskaber blev vurderet ved 308 K. Den fysiske model løses numerisk ved hjælp af en to-parameter turbulent viskositetsmodel (SST k-omega turbulens).Koncentrationerne (0,025 vægt-%, 0,05 vægt-% og 0,1 vægt-%) af nanofluiderne ZNP-SDBS@DV og ZNP-COOH@DV blev overvejet i arbejdet.Væggene i de snoede rør opvarmes ved en konstant temperatur på 330 K. Seks parametre blev overvejet i den aktuelle undersøgelse: udløbstemperatur, varmeoverførselskoefficient, gennemsnitligt Nusselt-tal, friktionskoefficient, tryktab og præstationsevalueringskriterier.I begge tilfælde (spiralvinkel på 45° og 90°) viste ZNP-SDBS@DV nanofluiden højere termisk-hydrauliske egenskaber end ZNP-COOH@DV, og den steg med stigende massefraktion, for eksempel 0,025 vægt.og 0,05 vægt.er 1,19.% og 1,26 – 0,1 vægt-%.I begge tilfælde (spiralvinkel 45° og 90°) er værdierne for termodynamiske egenskaber ved brug af GNP-COOH@DW 1,02 for 0,025% vægt, 1,05 for 0,05% vægt.og 1,02 for 0,1 vægt-%.
Varmeveksleren er en termodynamisk anordning 1, der bruges til at overføre varme under køle- og opvarmningsoperationer.Varmevekslerens termisk-hydrauliske egenskaber forbedrer varmeoverførselskoefficienten og reducerer modstanden af arbejdsvæsken.Der er udviklet adskillige metoder til at forbedre varmeoverførslen, herunder turbulensforstærkere2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 og nanofluids12,13,14,15.Indsættelse af snoet tape er en af de mest succesrige metoder til at forbedre varmeoverførslen i varmevekslere på grund af dens lette vedligeholdelse og lave omkostninger7,16.
I en række eksperimentelle og beregningsmæssige undersøgelser blev de hydrotermiske egenskaber af blandinger af nanovæsker og varmevekslere med snoede tapeindsatser undersøgt.I et eksperimentelt arbejde blev de hydrotermiske egenskaber af tre forskellige metalliske nanovæsker (Ag@DW, Fe@DW og Cu@DW) undersøgt i en varmeveksler med nåle snoet tape (STT)17.Sammenlignet med basisrøret er varmeoverførselskoefficienten for STT forbedret med 11% og 67%.SST-layoutet er bedst ud fra et økonomisk synspunkt med hensyn til effektivitet med parameteren α = β = 0,33.Derudover blev der observeret en stigning på 18,2 % i n med Ag@DW, selvom den maksimale stigning i tryktab kun var 8,5 %.De fysiske processer af varmeoverførsel og tryktab i koncentriske rør med og uden oprullede turbulatorer blev undersøgt ved hjælp af turbulente strømme af Al2O3@DW nanofluid med tvungen konvektion.Det maksimale gennemsnitlige Nusselt-tal (Nuavg) og tryktab observeres ved Re = 20.000, når spolestigningen = 25 mm og Al2O3@DW nanofluid 1,6 vol.%.Laboratorieundersøgelser er også blevet udført for at studere varmeoverførsels- og tryktabsegenskaberne for grafenoxid-nanovæsker (GO@DW), der strømmer gennem næsten cirkulære rør med WC-indsatser.Resultaterne viste, at 0,12 vol%-GO@DW øgede den konvektive varmeoverførselskoefficient med omkring 77%.I en anden eksperimentel undersøgelse blev nanofluider (TiO2@DW) udviklet til at studere de termisk-hydrauliske egenskaber af fordybningsrør udstyret med snoede tapeindsatser20.Den maksimale hydrotermiske effektivitet på 1,258 blev opnået ved brug af 0,15 vol%-TiO2@DW indlejret i 45° skrånende aksler med en snoningsfaktor på 3,0.Enkeltfasede og tofasede (hybride) simuleringsmodeller tager højde for flow og varmeoverførsel af CuO@DW nanovæsker ved forskellige faststofkoncentrationer (1-4 % vol.%)21.Den maksimale termiske effektivitet for et rør indsat med et snoet tape er 2,18, og et rør indsat med to snoede tape under samme forhold er 2,04 (tofaset model, Re = 36.000 og 4 vol.%).Den ikke-newtonske turbulente nanofluidstrøm af carboxymethylcellulose (CMC) og kobberoxid (CuO) i hovedrør og rør med snoede indsatser er blevet undersøgt.Nuavg viser en forbedring på 16,1 % (for hovedrørledningen) og 60 % (for den oprullede rørledning med et forhold på (H/D = 5)).Generelt resulterer et lavere twist-til-bånd-forhold i en højere friktionskoefficient.I en eksperimentel undersøgelse blev effekten af rør med snoet tape (TT) og spoler (VC) på egenskaberne af varmeoverførsel og friktionskoefficient undersøgt ved brug af CuO@DW nanofluids.Bruger 0,3 vol.%-CuO@DW ved Re = 20.000 gør det muligt at øge varmeoverførslen i VK-2 røret til en maksimal værdi på 44,45 %.Når der anvendes et parsnoet kabel og en spoleindsats under de samme grænsebetingelser, øges friktionskoefficienten med faktorer på 1,17 og 1,19 i forhold til DW.Generelt er den termiske effektivitet af nanovæsker indsat i spoler bedre end for nanovæsker indsat i snoede ledninger.Den volumetriske karakteristik af en turbulent (MWCNT@DW) nanofluidstrøm blev undersøgt inde i et vandret rør indsat i en spiraltråd.De termiske ydeevneparametre var > 1 for alle tilfælde, hvilket indikerer, at kombinationen af nanofluidics med spoleindsatsen forbedrer varmeoverførslen uden at forbruge pumpekraft.Abstrakt - De hydrotermiske egenskaber af en to-rørs varmeveksler med forskellige indsatser lavet af et modificeret snoet-snoet V-formet bånd (VcTT) er blevet undersøgt under betingelser med en turbulent strøm af Al2O3 + TiO2@DW nanofluid.Sammenlignet med DW i basisrør har Nuavg en væsentlig forbedring på 132 % og en friktionskoefficient på op til 55 %.Derudover blev energieffektiviteten af Al2O3+TiO2@DW nanokompositten i en to-rørs varmeveksler26 diskuteret.I deres undersøgelse fandt de ud af, at brugen af Al2O3 + TiO2@DW og TT forbedrede eksergieffektiviteten sammenlignet med DW.I koncentriske rørformede varmevekslere med VcTT-turbulatorer brugte Singh og Sarkar27 faseændringsmaterialer (PCM), dispergerede enkelt/nanokompositte nanovæsker (Al2O3@DW med PCM og Al2O3 + PCM).De rapporterede, at varmeoverførsel og tryktab stiger, når vridningskoefficienten falder, og nanopartikelkoncentrationen stiger.En større V-kærv dybdefaktor eller en mindre breddefaktor kan give større varmeoverførsel og tryktab.Derudover er grafen-platin (Gr-Pt) blevet brugt til at undersøge varme, friktion og overordnet entropigenereringshastighed i rør med 2-TT28 indsatser.Deres undersøgelse viste, at en mindre procentdel af (Gr-Pt) signifikant reducerede varmeentropigenerering sammenlignet med en relativt højere friktionsentropiudvikling.Blandede Al2O3@MgO nanofluider og konisk toilet kan betragtes som en god blanding, da et øget forhold (h/Δp) kan forbedre den hydrotermiske ydeevne af en to-rørs varmeveksler 29 .En numerisk model bruges til at evaluere den energibesparende og miljømæssige ydeevne af varmevekslere med forskellige tredelte hybrid nanofluids (THNF) (Al2O3 + grafen + MWCNT) suspenderet i DW30.På grund af dets præstationsevalueringskriterier (PEC) i området 1,42–2,35, er en kombination af Depressed Twisted Turbulizer Insert (DTTI) og (Al2O3 + Graphene + MWCNT) påkrævet.
Indtil nu har der været ringe opmærksomhed på rollen af kovalent og ikke-kovalent funktionalisering i hydrodynamisk strømning i termiske væsker.Det specifikke formål med denne undersøgelse var at sammenligne de termisk-hydrauliske egenskaber af nanovæsker (ZNP-SDBS@DV) og (ZNP-COOH@DV) i snoede tapeindsatser med skruevinkler på 45° og 90°.De termofysiske egenskaber blev målt til tin = 308 K. I dette tilfælde blev der taget højde for tre massefraktioner i sammenligningsprocessen, såsom (0,025 vægt-%, 0,05 vægt-% og 0,1 vægt-%).Forskydningsspændingsoverførslen i den 3D turbulente strømningsmodel (SST k-ω) bruges til at løse de termisk-hydrauliske egenskaber.Denne undersøgelse yder således et væsentligt bidrag til studiet af positive egenskaber (varmeoverførsel) og negative egenskaber (trykfald ved friktion), hvilket viser de termisk-hydrauliske egenskaber og optimering af rigtige arbejdsvæsker i sådanne tekniske systemer.
Den grundlæggende konfiguration er et glat rør (L = 900 mm og Dh = 20 mm).Indsat snoet tape dimensioner (længde = 20 mm, tykkelse = 0,5 mm, profil = 30 mm).I dette tilfælde var længden, bredden og slaglængden af spiralprofilen henholdsvis 20 mm, 0,5 mm og 30 mm.De snoede bånd hælder 45° og 90°.Forskellige arbejdsvæsker såsom DW, ikke-kovalente nanovæsker (GNF-SDBS@DW) og kovalente nanovæsker (GNF-COOH@DW) ved tin = 308 K, tre forskellige massekoncentrationer og forskellige Reynolds-tal.Testene blev udført inde i varmeveksleren.Den ydre væg af spiralrøret blev opvarmet til en konstant overfladetemperatur på 330 K for at teste parametrene til forbedring af varmeoverførsel.
På fig.1 viser skematisk et snoet tape-indføringsrør med gældende grænsebetingelser og maskeareal.Som tidligere nævnt gælder hastigheds- og trykgrænsebetingelser for indløbs- og udløbsdelene af helixen.Ved konstant overfladetemperatur påføres rørvæggen en skridsikker tilstand.Den nuværende numeriske simulering bruger en trykbaseret løsning.Samtidig bruges et program (ANSYS FLUENT 2020R1) til at konvertere en partiel differentialligning (PDE) til et system af algebraiske ligninger ved hjælp af finite volumen-metoden (FMM).Andenordens SIMPLE-metoden (semi-implicit metode til sekventielle trykafhængige ligninger) er relateret til hastighedstryk.Det skal understreges, at konvergensen af residualer for masse-, momentum- og energiligningerne er mindre end henholdsvis 103 og 106.
p Diagram over fysiske og beregningsmæssige domæner: (a) spiralvinkel 90°, (b) spiralvinkel 45°, (c) ingen spiralformet vinge.
En homogen model bruges til at forklare nanofluids egenskaber.Ved at inkorporere nanomaterialer i basisvæsken (DW) dannes en kontinuerlig væske med fremragende termiske egenskaber.I denne henseende har temperaturen og hastigheden af basisvæsken og nanomaterialet samme værdi.På grund af ovenstående teorier og antagelser fungerer effektivt enfaset flow i denne undersøgelse.Adskillige undersøgelser har vist effektiviteten og anvendeligheden af enkeltfaseteknikker til nanofluidisk flow31,32.
Strømmen af nanovæsker skal være newtonsk turbulent, inkompressibel og stationær.Kompressionsarbejde og viskøs opvarmning er irrelevant i denne undersøgelse.Derudover tages der ikke hensyn til tykkelsen af rørets inder- og ydervægge.Derfor kan ligningerne for masse, momentum og energibevarelse, der definerer den termiske model, udtrykkes som følger:
hvor \(\overrightarrow{V}\) er middelhastighedsvektoren, Keff = K + Kt er den effektive termiske ledningsevne af kovalente og ikke-kovalente nanovæsker, og ε er energidissipationshastigheden.De effektive termofysiske egenskaber af nanovæsker, herunder densitet (ρ), viskositet (μ), specifik varmekapacitet (Cp) og termisk ledningsevne (k), vist i tabellen, blev målt under en eksperimentel undersøgelse ved en temperatur på 308 K1, når de blev brugt i disse simulatorer.
Numeriske simuleringer af turbulent nanofluid-flow i konventionelle rør og TT-rør blev udført ved Reynolds-tal 7000 ≤ Re ≤ 17000. Disse simuleringer og konvektive varmeoverførselskoefficienter blev analyseret ved hjælp af Mentors κ-ω turbulensmodel af forskydningsspændingsoverførsel (SST) gennemsnittet af turbulens over Reynolds turbulens. model Navier-Stokes, almindeligvis brugt i aerodynamisk forskning.Derudover fungerer modellen uden vægfunktion og er nøjagtig nær vægge 35,36.(SST) κ-ω styrende ligninger for turbulensmodellen er som følger:
hvor \(S\) er værdien af tøjningshastigheden, og \(y\) er afstanden til den tilstødende overflade.I mellemtiden, \({\alpha}_{1}\), \({\alpha}_{2}\), \({\beta}_{1}\), \({\beta}_{ 2 }\), \({\beta}^{*}\), \({\sigma}_{{k}_{1}}\), \({\sigma}_{{k}_{ 2 }}\), \({\sigma}_{{\omega}_{1}}\) og \({\sigma}_{{\omega}_{2}}\) angiver alle modelkonstanter.F1 og F2 er blandede funktioner.Bemærk: F1 = 1 i grænselaget, 0 i det modgående flow.
Præstationsevalueringsparametre bruges til at studere turbulent konvektiv varmeoverførsel, kovalent og ikke-kovalent nanofluidstrøm, for eksempel31:
I denne sammenhæng bruges (\(\rho\)), (\(v\)), (\({D}_{h}\)) og (\(\mu\)) for tæthed, væskehastighed , hydraulisk diameter og dynamisk viskositet.(\({C}_{p}\, \mathrm{u}\, k\)) – specifik varmekapacitet og termisk ledningsevne af den strømmende væske.Også (\(\dot{m}\)) refererer til masseflow, og (\({T}_{out}-{T}_{in}\)) refererer til indgangs- og udgangstemperaturforskel.(NF'er) henviser til kovalente, ikke-kovalente nanovæsker, og (DW) henviser til destilleret vand (basisvæske).\({A}_{s} = \pi DL\), \({\overline{T}}_{f}=\frac{\left({T}_{out}-{T}_{in }\right)}{2}\) og \({\overline{T}}_{w}=\sum \frac{{T}_{w}}{n}\).
De termofysiske egenskaber af basisvæsken (DW), ikke-kovalent nanofluid (GNF-SDBS@DW) og kovalent nanofluid (GNF-COOH@DW) blev taget fra den publicerede litteratur (eksperimentelle undersøgelser), Sn = 308 K, som vist i tabel 134. I et typisk I et eksperiment for at opnå en ikke-kovalent (GNP-SDBS@DW) nanovæske med kendte masseprocenter, blev visse gram primære GNP'er indledningsvis vejet på en digital vægt.Vægtforholdet mellem SDBS/native BNP er (0,5:1) vægtet i DW.I dette tilfælde blev kovalente (COOH-GNP@DW) nanofluider syntetiseret ved at tilføje carboxylgrupper til overfladen af GNP under anvendelse af et stærkt surt medium med et volumenforhold (1:3) af HNO3 og H2SO4.Kovalente og ikke-kovalente nanovæsker blev suspenderet i DW ved tre forskellige vægtprocenter såsom 0,025 vægt%, 0,05 vægt%.og 0,1 % af massen.
Mesh-uafhængighedstests blev udført i fire forskellige beregningsdomæner for at sikre, at maskestørrelsen ikke påvirker simuleringen.Ved 45° torsionsrør er antallet af enheder med enhedsstørrelse 1,75 mm 249.033, antallet af enheder med enhedsstørrelse 2 mm er 307.969, antallet af enheder med enhedsstørrelse 2,25 mm er 421.406 og antallet af enheder med enhedsstørrelse 2 ,5 mm 564 940 hhv.I eksemplet med et 90° snoet rør er antallet af elementer med en 1,75 mm elementstørrelse 245.531, antallet af elementer med en 2 mm elementstørrelse er 311.584, antallet af elementer med en 2,25 mm elementstørrelse er 422.708, og antallet af elementer med en elementstørrelse på 2,5 mm er henholdsvis 573.826.Nøjagtigheden af aflæsninger af termiske egenskaber såsom (Tout, HTC og Nuavg) øges, efterhånden som antallet af elementer falder.Samtidig viste nøjagtigheden af værdierne af friktionskoefficienten og trykfaldet en helt anden adfærd (fig. 2).Gitter (2) blev brugt som hovednetområde til at evaluere de termisk-hydrauliske egenskaber i det simulerede tilfælde.
Test af varmeoverførsel og tryktabsydelse uafhængigt af mesh ved hjælp af par DW-rør snoet ved 45° og 90°.
De nuværende numeriske resultater er blevet valideret for varmeoverførselsydelse og friktionskoefficient ved hjælp af velkendte empiriske korrelationer og ligninger som Dittus-Belter, Petukhov, Gnelinsky, Notter-Rouse og Blasius.Sammenligningen blev udført under betingelsen 7000≤Re≤17000.Ifølge fig.3 er de gennemsnitlige og maksimale fejl mellem simuleringsresultaterne og varmeoverførselsligningen 4,050 og 5,490% (Dittus-Belter), 9,736 og 11,33% (Petukhov), 4,007 og 7,483% (Gnelinsky), og 3,893% og 4. Nott-Belter).Rose).I dette tilfælde er de gennemsnitlige og maksimale fejl mellem simuleringsresultaterne og friktionskoefficientligningen henholdsvis 7,346 % og 8,039 % (Blasius) og 8,117 % og 9,002 % (Petukhov).
Varmeoverførsel og hydrodynamiske egenskaber af DW ved forskellige Reynolds-tal ved hjælp af numeriske beregninger og empiriske korrelationer.
Dette afsnit diskuterer de termiske egenskaber af ikke-kovalente (LNP-SDBS) og kovalente (LNP-COOH) vandige nanovæsker ved tre forskellige massefraktioner og Reynolds-tal som gennemsnit i forhold til basisvæsken (DW).To geometrier af oprullede båndvarmevekslere (spiralvinkel 45° og 90°) diskuteres for 7000 ≤ Re ≤ 17000. I fig.4 viser gennemsnitstemperaturen ved nanofluidens udgang til basisvæsken (DW) (\(\frac{{{T}_{out}}_{NFs}}{{{T}_{out}}_{ DW } } \)) ved (0,025 vægt%, 0,05 vægt% og 0,1 vægt%).(\(\frac{{{T}_{out}}_{NFs}}{{{T}_{out}}_{DW}}\)) er altid mindre end 1, hvilket betyder, at udgangstemperaturen er ikke-kovalente (VNP-SDBS) og kovalente (VNP-COOH) nanovæsker er under temperaturen ved udløbet af basisvæsken.De laveste og højeste reduktioner var henholdsvis 0,1 vægt%-COOH@GNP'er og 0,1 vægt%-SDBS@GNP'er.Dette fænomen skyldes en stigning i Reynolds-tallet ved en konstant massefraktion, hvilket fører til en ændring i nanofluidens egenskaber (det vil sige tæthed og dynamisk viskositet).
Figur 5 og 6 viser de gennemsnitlige varmeoverførselskarakteristika for nanofluid til basisvæske (DW) ved (0,025 vægt%, 0,05 vægt% og 0,1 vægt%).De gennemsnitlige varmeoverførselsegenskaber er altid større end 1, hvilket betyder, at varmeoverførselsegenskaberne for ikke-kovalente (LNP-SDBS) og kovalente (LNP-COOH) nanovæsker er forbedret sammenlignet med basisvæsken.0,1 vægt%-COOH@GNP'er og 0,1 vægt%-SDBS@GNP'er opnåede henholdsvis den laveste og højeste forstærkning.Når Reynolds-tallet stiger på grund af større væskeblanding og turbulens i røret 1, forbedres varmeoverførselsydelsen.Væsker gennem små mellemrum når højere hastigheder, hvilket resulterer i et tyndere hastigheds-/varme-grænselag, som øger varmeoverførselshastigheden.Tilføjelse af flere nanopartikler til basisvæsken kan have både positive og negative resultater.De gavnlige effekter omfatter øgede nanopartikelkollisioner, gunstige krav til væskens varmeledningsevne og forbedret varmeoverførsel.
Varmeoverførselskoefficient for nanofluid til basisvæske afhængig af Reynolds tal for 45° og 90° rør.
Samtidig er en negativ effekt en stigning i nanofluidens dynamiske viskositet, hvilket reducerer nanofluidens mobilitet og derved reducerer det gennemsnitlige Nusselt-tal (Nuavg).Den øgede termiske ledningsevne af nanovæsker (ZNP-SDBS@DW) og (ZNP-COOH@DW) skulle skyldes Brownsk bevægelse og mikrokonvektion af grafennanopartikler suspenderet i DW37.Nanofluidens (ZNP-COOH@DV) varmeledningsevne er højere end nanofluidens (ZNP-SDBS@DV) og destilleret vand.Tilføjelse af flere nanomaterialer til basisvæsken øger deres varmeledningsevne (tabel 1)38.
Figur 7 illustrerer den gennemsnitlige friktionskoefficient for nanovæsker med basisvæske (DW) (f(NFs)/f(DW)) i masseprocent (0,025 %, 0,05 % og 0,1 %).Den gennemsnitlige friktionskoefficient er altid ≈1, hvilket betyder, at ikke-kovalente (GNF-SDBS@DW) og kovalente (GNF-COOH@DW) nanovæsker har samme friktionskoefficient som basisvæsken.En varmeveksler med mindre plads skaber mere flowblokering og øger flowfriktion1.Grundlæggende stiger friktionskoefficienten lidt med stigende massefraktion af nanofluiden.De højere friktionstab er forårsaget af den øgede dynamiske viskositet af nanofluiden og den øgede forskydningsspænding på overfladen med en højere masseprocent af nanografen i basisvæsken.Tabel (1) viser, at nanofluidens (ZNP-SDBS@DV) dynamiske viskositet er højere end nanofluidens (ZNP-COOH@DV) ved samme vægtprocent, hvilket er forbundet med tilføjelse af overfladeeffekter.aktive stoffer på en ikke-kovalent nanovæske.
På fig.8 viser nanofluid sammenlignet med basisvæske (DW) (\(\frac{{\Delta P}_{NFs}}{{\Delta P}_{DW}}\)) ved (0,025%, 0,05% og 0,1% ).Den ikke-kovalente (GNPs-SDBS@DW) nanofluid viste et højere gennemsnitligt tryktab og med en stigning i masseprocent til 2,04% for 0,025% vægt, 2,46% for 0,05% vægt.og 3,44% for 0,1% vægt.med kasseforstørrelse (spiralvinkel 45° og 90°).I mellemtiden viste nanovæsken (GNPs-COOH@DW) et lavere gennemsnitligt tryktab, stigende fra 1,31 % ved 0,025 % vægt.op til 1,65% ved 0,05% vægt.Det gennemsnitlige tryktab på 0,05 vægt%-COOH@NP og 0,1 vægt%-COOH@NP er 1,65%.Som det ses, stiger trykfaldet med stigende Re-tal i alle tilfælde.Et øget trykfald ved høje Re-værdier indikeres af en direkte afhængighed af volumenstrømmen.Derfor fører et højere Re-tal i røret til et højere trykfald, hvilket kræver en forøgelse af pumpeeffekten39,40.Derudover er tryktabene højere på grund af den højere intensitet af hvirvler og turbulens genereret af det større overfladeareal, hvilket øger samspillet mellem tryk- og inertikræfter i grænselaget1.
Generelt er præstationsevalueringskriterier (PEC) for ikke-kovalente (VNP-SDBS@DW) og kovalente (VNP-COOH@DW) nanovæsker vist i fig.9. Nanofluid (ZNP-SDBS@DV) viste højere PEC-værdier end (ZNP-COOH@DV) i begge tilfælde (spiralvinkel 45° og 90°), og det blev forbedret ved at øge massefraktionen, for eksempel 0,025 vægt%.er 1,17, 0,05 vægt% er 1,19 og 0,1 vægt% er 1,26.I mellemtiden var PEC-værdierne ved brug af nanofluider (GNPs-COOH@DW) 1,02 for 0,025 vægt%, 1,05 for 0,05 vægt%, 1,05 for 0,1 vægt%.i begge tilfælde (spiralvinkel 45° og 90°).1.02.Som regel falder den termisk-hydrauliske effektivitet betydeligt med en stigning i Reynolds-tallet.Når Reynolds-tallet stiger, er faldet i den termisk-hydrauliske effektivitetskoefficient systematisk forbundet med en stigning i (NuNFs/NuDW) og et fald i (fNFs/fDW).
Hydrotermiske egenskaber af nanovæsker med hensyn til basisvæsker afhængigt af Reynolds tal for rør med 45° og 90° vinkler.
Dette afsnit diskuterer de termiske egenskaber af vand (DW), ikke-kovalente (VNP-SDBS@DW) og kovalente (VNP-COOH@DW) nanovæsker ved tre forskellige massekoncentrationer og Reynolds-tal.To oprullede båndvarmevekslergeometrier blev betragtet i området 7000 ≤ Re ≤ 17000 med hensyn til konventionelle rør (spiralvinkler 45° og 90°) for at evaluere den gennemsnitlige termisk-hydrauliske ydeevne.På fig.10 viser temperaturen af vand og nanovæsker ved udløbet som et gennemsnit ved brug af (helixvinkel 45° og 90°) for et fælles rør (\(\frac{{{T}_{out}}_{Twisted}}{{ {T} _{out}}_{Almindelig}}\)).Ikke-kovalente (GNP-SDBS@DW) og kovalente (GNP-COOH@DW) nanovæsker har tre forskellige vægtfraktioner såsom 0,025 vægt%, 0,05 vægt% og 0,1 vægt%.Som vist i fig.11, gennemsnitsværdien af udgangstemperaturen (\(\frac{{{T}_{out}}_{Twisted}}{{{T}_{out}}_{Plain}}\)) > 1, hvilket indikerer, at (45° og 90° spiralvinkel) temperaturen ved udgangen af varmeveksleren er mere signifikant end for et konventionelt rør på grund af den større intensitet af turbulens og bedre blanding af væsken.Derudover faldt temperaturen ved udløbet af DW, ikke-kovalente og kovalente nanovæsker med stigende Reynolds-tal.Basisvæsken (DW) har den højeste middeludløbstemperatur.I mellemtiden refererer den laveste værdi til 0,1 vægt%-SDBS@GNPs.Ikke-kovalente (GNPs-SDBS@DW) nanovæsker viste en lavere gennemsnitlig udløbstemperatur sammenlignet med kovalente (GNPs-COOH@DW) nanovæsker.Da det snoede bånd gør strømningsfeltet mere blandet, kan varmefluxen ved væggen lettere passere gennem væsken, hvilket øger den samlede temperatur.Et lavere twist-to-tape-forhold resulterer i bedre penetration og dermed bedre varmeoverførsel.På den anden side kan det ses, at den rullede tape holder en lavere temperatur mod væggen, hvilket igen øger Nuavg.For snoede tapeindsatser indikerer en højere Nuavg-værdi forbedret konvektiv varmeoverførsel i røret22.På grund af den øgede strømningsvej og yderligere blanding og turbulens øges opholdstiden, hvilket resulterer i en stigning i væskens temperatur ved udløbet41.
Reynolds antal af forskellige nanofluider i forhold til udløbstemperaturen for konventionelle rør (45° og 90° helixvinkler).
Varmeoverførselskoefficienter (45° og 90° helixvinkel) versus Reynolds-tal for forskellige nanovæsker sammenlignet med konventionelle rør.
Hovedmekanismen for forbedret spiralbåndsvarmeoverførsel er som følger: 1. Reduktion af den hydrauliske diameter af varmevekslerrøret fører til en stigning i strømningshastighed og krumning, hvilket igen øger forskydningsspændingen ved væggen og fremmer sekundær bevægelse.2. På grund af blokering af viklebåndet øges hastigheden ved rørvæggen, og tykkelsen af grænselaget falder.3. Spiralstrøm bag det snoede bånd fører til en stigning i hastigheden.4. Inducerede hvirvler forbedrer væskeblandingen mellem de centrale og nær-vægge områder af flowet42.På fig.11 og fig.12 viser varmeoverførselsegenskaberne for f.eks. DW og nanofluider (varmeoverførselskoefficient og gennemsnitligt Nusselt-tal) som gennemsnit ved anvendelse af snoede tape-indføringsrør sammenlignet med konventionelle rør.Ikke-kovalente (GNP-SDBS@DW) og kovalente (GNP-COOH@DW) nanovæsker har tre forskellige vægtfraktioner såsom 0,025 vægt%, 0,05 vægt% og 0,1 vægt%.I begge varmevekslere (45° og 90° spiralvinkel) er den gennemsnitlige varmeoverførselsydelse >1, hvilket indikerer en forbedring i varmeoverførselskoefficienten og det gennemsnitlige Nusselt-tal med oprullede rør sammenlignet med konventionelle rør.Ikke-kovalente (GNPs-SDBS@DW) nanovæsker viste højere gennemsnitlig varmeoverførselsforbedring end kovalente (GNPs-COOH@DW) nanovæsker.Ved Re = 900 var forbedringen på 0,1 vægt% i varmeoverførselsydelsen -SDBS@GNPs for de to varmevekslere (45° og 90° helixvinkel) den højeste med en værdi på 1,90.Dette betyder, at den ensartede TP-effekt er vigtigere ved lavere væskehastigheder (Reynolds-tal)43 og stigende turbulensintensitet.På grund af introduktionen af flere hvirvler er varmeoverførselskoefficienten og det gennemsnitlige antal Nusselt TT-rør højere end konventionelle rør, hvilket resulterer i et tyndere grænselag.Øger tilstedeværelsen af HP intensiteten af turbulens, blanding af arbejdsvæskestrømme og forbedret varmeoverførsel sammenlignet med basisrør (uden at indsætte en snoet, snoet tape)21.
Gennemsnitligt Nusselt-tal (spiralvinkel 45° og 90°) versus Reynolds-tal for forskellige nanovæsker sammenlignet med konventionelle rør.
Figur 13 og 14 viser den gennemsnitlige friktionskoefficient (\(\frac{{f}_{Twisted}}{{f}_{Plain}}\)) og tryktab (\(\frac{{\Delta P} _ {Twisted}}{{\Delta P}_{Plain}}\}} omkring 45° og 90° for konventionelle rør, der bruger DW nanofluids, (GNPs-SDBS@DW) og (GNPs-COOH@DW) ionbytter indeholder ( 0,025 vægt-%, 0,05 vægt-% og 0,1 vægt-%). { {f}_{Plain} }\)) og tryktab (\(\frac{{ \Delta P}_{Twisted}}{{\Delta P }_{Plain}}\}) fald. tilfælde er friktionskoefficienten og tryktabet højere ved lavere Reynolds-tal Den gennemsnitlige friktionskoefficient og tryktab er mellem 3,78 og 3,12 Den gennemsnitlige friktionskoefficient og tryktab viser, at (45° helix) vinkel og 90°) varmeveksler koster tre gange højere end konventionelle rør.Derudover, når arbejdsvæsken flyder med en højere hastighed, falder friktionskoefficienten.Problemet opstår, fordi når Reynolds-tallet stiger, vil tykkelsen af grænselaget fald, hvilket fører til et fald i effekten af dynamisk viskositet på det berørte område, et fald i hastighedsgradienter og forskydningsspændinger og som følge heraf et fald i friktionskoefficienten21.Den forbedrede blokeringseffekt på grund af tilstedeværelsen af TT og den øgede hvirvel resulterer i væsentligt højere tryktab for heterogene TT-rør end for basisrør.Derudover kan det for både basisrøret og TT-røret ses, at trykfaldet stiger med arbejdsvæskens hastighed43.
Friktionskoefficient (45° og 90° helixvinkel) i forhold til Reynolds tal for forskellige nanovæsker sammenlignet med konventionelle rør.
Tryktab (45° og 90° helixvinkel) som funktion af Reynolds tal for forskellige nanovæsker i forhold til et konventionelt rør.
Sammenfattende viser figur 15 præstationsevalueringskriterier (PEC) for varmevekslere med 45° og 90° vinkler sammenlignet med almindelige rør (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}} \ ) i (0,025 vægt-%, 0,05 vægt-% og 0,1 vægt-%) under anvendelse af DV, (VNP-SDBS@DV) og kovalente (VNP-COOH@DV) nanofluider.Værdien (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) > 1 i begge tilfælde (45° og 90° helixvinkel) i varmeveksleren.Derudover når (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) sin bedste værdi ved Re = 11.000.90° varmeveksleren viser en lille stigning i (\ (\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) sammenlignet med en 45° varmeveksler., Ved Re = 11.000 0,1 wt%-GNPs@SDBS repræsenterer højere (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) værdier, f.eks. 1,25 for 45° varmevekslerhjørne og 1,27 for 90° hjørnevarmeveksler.Det er større end én ved alle procenter af massefraktionen, hvilket indikerer, at rør med snoede tapeindsatser er overlegne i forhold til konventionelle rør.Især resulterede den forbedrede varmeoverførsel fra tapeindsatserne i en betydelig stigning i friktionstab22.
Effektivitetskriterier for Reynolds antallet af forskellige nanovæsker i forhold til konventionelle rør (45° og 90° helixvinkel).
Appendiks A viser strømlinjer for 45° og 90° varmevekslere ved Re = 7000 ved brug af DW, 0,1 wt%-GNP-SDBS@DW og 0,1 wt%-GNP-COOH@DW.Strømlinjerne i det tværgående plan er det mest slående træk ved effekten af snoede båndindsatser på hovedstrømmen.Anvendelsen af 45° og 90° varmevekslere viser, at hastigheden i nærvæggen er omtrent den samme.I mellemtiden viser appendiks B hastighedskonturerne for 45° og 90° varmevekslere ved Re = 7000 ved brug af DW, 0,1 wt%-GNP-SDBS@DW og 0,1 wt%-GNP-COOH@DW.Hastighedsløkkerne er på tre forskellige steder (skiver), for eksempel Plain-1 (P1 = -30 mm), Plain-4 (P4 = 60 mm) og Plain-7 (P7 = 150 mm).Strømningshastigheden nær rørvæggen er lavest, og væskehastigheden stiger mod midten af røret.Derudover, når de passerer gennem luftkanalen, øges området med lave hastigheder nær væggen.Dette skyldes væksten af det hydrodynamiske grænselag, som øger tykkelsen af lavhastighedsområdet nær væggen.Derudover øger en forøgelse af Reynolds-tallet det overordnede hastighedsniveau i alle tværsnit, hvorved tykkelsen af lavhastighedsområdet i kanalen reduceres39.
Kovalent og ikke-kovalent funktionaliserede grafen-nanoark blev evalueret i snoede tapeindsatser med helixvinkler på 45° og 90°.Varmeveksleren løses numerisk ved hjælp af SST k-omega turbulensmodellen ved 7000 ≤ Re ≤ 17000. De termofysiske egenskaber er beregnet ved Tin = 308 K. Opvarm samtidig den snoede rørvæg ved en konstant temperatur på 330 K. COOH@DV) blev fortyndet i tre massemængder, for eksempel (0,025 vægt-%, 0,05 vægt-% og 0,1 vægt-%).Den nuværende undersøgelse overvejede seks hovedfaktorer: udløbstemperatur, varmeoverførselskoefficient, gennemsnitligt Nusselt-tal, friktionskoefficient, tryktab og præstationsevalueringskriterier.Her er de vigtigste resultater:
Den gennemsnitlige udgangstemperatur (\({{T}_{out}}_{Nanofluids}\)/\({{T}_{out}}_{Basefluid}\)) er altid mindre end 1, hvilket betyder, at ikke-spredning Udgangstemperaturen for valens (ZNP-SDBS@DV) og kovalente (ZNP-COOH@DV) nanovæsker er lavere end basisvæskens.I mellemtiden er den gennemsnitlige udgangstemperatur (\({{T}_{out}}_{Twisted}\)/\({{T}_{out}}_{Plain}\))) værdi > 1, hvilket indikerer faktum, at (45° og 90° spiralvinkel) udgangstemperaturen er højere end med konventionelle rør.
I begge tilfælde viser gennemsnitsværdierne for varmeoverførselsegenskaberne (nanofluid/basisvæske) og (snoet rør/normalt rør) altid >1.Ikke-kovalente (GNPs-SDBS@DW) nanovæsker viste en højere gennemsnitlig stigning i varmeoverførsel, svarende til kovalente (GNPs-COOH@DW) nanovæsker.
Den gennemsnitlige friktionskoefficient (\({f}_{Nanofluids}/{f}_{Basefluid}\)) for ikke-kovalente (VNP-SDBS@DW) og kovalente (VNP-COOH@DW) nanovæsker er altid ≈1 .friktion af ikke-kovalente (ZNP-SDBS@DV) og kovalente (ZNP-COOH@DV) nanovæsker (\({f}_{Twisted}/{f}_{Plain}\)) for altid > 3.
I begge tilfælde (45° og 90° helixvinkel) viste nanofluiderne (GNPs-SDBS@DW) højere (\({\Delta P}_{Nanofluids}/{\Delta P}_{Basefluid}\)) 0,025 vægt% for 2,04%, 0,05 vægt% for 2,46% og 0,1 vægt% for 3,44%.I mellemtiden viste (GNPs-COOH@DW) nanovæsker lavere (\({\Delta P}_{Nanofluids}/{\Delta P}_{Basefluid}\)) fra 1,31% for 0,025 vægt% til 1,65% er 0,05 vægtprocent.Derudover er det gennemsnitlige tryktab (\({\Delta P}_{Twisted}/{\Delta P}_{Plain}\) af ikke-kovalente (GNPs-SDBS@DW) og kovalente (GNPs-COOH@DW) ))) nanovæsker altid >3.
I begge tilfælde (45° og 90° helixvinkler) viste nanofluiderne (GNPs-SDBS@DW) en højere (\({PEC}_{Nanofluids}/{PEC} _{Basefluid}\)) @DW-værdi) 0,025 vægtprocent – 1,17, 0,05 vægtprocent – 1,19, 0,1 vægtprocent – 1,26.I dette tilfælde er værdierne for (\({PEC}_{Nanofluids}/{PEC}_{Basefluid}\)) ved brug af (GNPs-COOH@DW) nanofluids 1,02 for 0,025 vægt%, 1,05 for 0 , 05 vægt.% og 1,02 er 0,1 vægt-%.Derudover viste 0,1 vægt%-GNPs@SDBS ved Re = 11.000 højere værdier (\({PEC}_{Twisted}/{PEC}_{Plain}\)), såsom 1,25 for 45° helixvinkel og 90° helixvinkel 1,27.
Thianpong, C. et al.Multi-purpose optimering af nanofluid titanium dioxid/vand flow i varmeveksleren, forstærket af snoede tape indsatser med delta vinger.indre J. Hot.videnskaben.172, 107318 (2022).
Langerudi, HG og Jawaerde, C. Eksperimentel undersøgelse af ikke-newtonsk væskestrøm i bælg indsat med typiske og V-formede snoede bånd.Heat and Mass Transfer 55, 937–951 (2019).
Dong, X. et al.Eksperimentel undersøgelse af varmeoverførselskarakteristika og strømningsmodstand for en spiral-snoet rørformet varmeveksler [J].Påføringstemperatur.projekt.176, 115397 (2020).
Yongsiri, K., Eiamsa-Ard, P., Wongcharee, K. & Eiamsa-Ard, SJCS Forbedret varmeoverførsel i turbulent kanalflow med skrå adskillelsesfinner.aktuel forskning.temperatur.projekt.3, 1-10 (2014).
Indlægstid: 17-mars-2023