Tack för att du besöker Nature.com.Du använder en webbläsarversion med begränsat CSS-stöd.För bästa upplevelse rekommenderar vi att du använder en uppdaterad webbläsare (eller inaktiverar kompatibilitetsläge i Internet Explorer).Dessutom, för att säkerställa löpande support, visar vi webbplatsen utan stilar och JavaScript.
Reglage som visar tre artiklar per bild.Använd bakåt- och nästaknapparna för att flytta genom bilderna, eller skjutkontrollknapparna i slutet för att flytta genom varje bild.
304 10*1mm Rostfritt stål lindade rör i Kina
Storlek: 3/4 tum, 1/2 tum, 1 tum, 3 tum, 2 tum
Enhet Rörlängd: 6 meter
Stålkvalitet: 201, 304 OCH 316
Betyg: 201, 202, 304, 316, 304L, 316 L,
Material: ROSTFRITT STÅL
Skick: Ny
Rörspole i rostfritt stål
Storlek: 3/4 tum, 1/2 tum, 1 tum, 3 tum, 2 tum
Enhet Rörlängd: 6 meter
Stålkvalitet: 201, 304 OCH 316
Betyg: 201, 202, 304, 316, 304L, 316 L,
Material: ROSTFRITT STÅL
Skick: Ny
Kovalenta och icke-kovalenta nanofluider testades i runda rör utrustade med tvinnade tejpinsatser med spiralvinklar på 45° och 90°.Reynolds-talet var 7000 ≤ Re ≤ 17000, de termofysiska egenskaperna utvärderades vid 308 K. Den fysikaliska modellen löses numeriskt med en tvåparameters turbulent viskositetsmodell (SST k-omega turbulens).Koncentrationerna (0,025 viktprocent, 0,05 viktprocent och 0,1 viktprocent) av nanofluiderna ZNP-SDBS@DV och ZNP-COOH@DV beaktades i arbetet.Väggarna i de tvinnade rören värms upp till en konstant temperatur på 330 K. Sex parametrar beaktades i den aktuella studien: utloppstemperatur, värmeöverföringskoefficient, genomsnittligt Nusselt-tal, friktionskoefficient, tryckförlust och kriterier för prestandautvärdering.I båda fallen (helixvinkel på 45° och 90°) visade ZNP-SDBS@DV nanofluiden högre termisk-hydrauliska egenskaper än ZNP-COOH@DV, och den ökade med ökande massfraktion, till exempel 0,025 viktprocent.och 0,05 vikt.är 1,19.% och 1,26 – 0,1 vikt-%.I båda fallen (spiralvinkel 45° och 90°) är värdena för termodynamiska egenskaper vid användning av GNP-COOH@DW 1,02 för 0,025 viktprocent, 1,05 för 0,05 viktprocent.och 1,02 för 0,1 viktprocent.
Värmeväxlaren är en termodynamisk anordning 1 som används för att överföra värme under kylnings- och uppvärmningsoperationer.Värmeväxlarens termisk-hydrauliska egenskaper förbättrar värmeöverföringskoefficienten och minskar motståndet hos arbetsvätskan.Flera metoder har utvecklats för att förbättra värmeöverföringen, inklusive turbulensförstärkare2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 och nanofluids12,13,14,15.Insättning av tvinnad tejp är en av de mest framgångsrika metoderna för att förbättra värmeöverföringen i värmeväxlare på grund av dess enkla underhåll och låga kostnad7,16.
I en serie experimentella och beräkningsstudier studerades de hydrotermiska egenskaperna hos blandningar av nanofluider och värmeväxlare med tvinnade tejpinsatser.I ett experimentellt arbete studerades de hydrotermiska egenskaperna hos tre olika metalliska nanofluider (Ag@DW, Fe@DW och Cu@DW) i en värmeväxlare med nåltvinnad tejp (STT)17.Jämfört med basröret är värmeöverföringskoefficienten för STT förbättrad med 11 % och 67 %.SST-layouten är den bästa ur ekonomisk synvinkel vad gäller effektivitet med parametern α = β = 0,33.Dessutom observerades en 18,2 % ökning av n med Ag@DW, även om den maximala ökningen i tryckförlust endast var 8,5 %.De fysikaliska processerna för värmeöverföring och tryckförlust i koncentriska rör med och utan lindade turbulatorer studerades med hjälp av turbulenta flöden av Al2O3@DW nanofluid med forcerad konvektion.Det maximala genomsnittliga Nusselt-talet (Nuavg) och tryckförlusten observeras vid Re = 20 000 när spolens stigning = 25 mm och Al2O3@DW nanofluid 1,6 vol.%.Laboratoriestudier har också genomförts för att studera värmeöverförings- och tryckförlustegenskaperna hos grafenoxidnanovätskor (GO@DW) som strömmar genom nästan cirkulära rör med WC-insatser.Resultaten visade att 0,12 vol%-GO@DW ökade den konvektiva värmeöverföringskoefficienten med cirka 77%.I en annan experimentell studie utvecklades nanofluider (TiO2@DW) för att studera de termiska-hydrauliska egenskaperna hos fördjupade rör utrustade med tvinnade tejpinsatser20.Den maximala hydrotermiska effektiviteten på 1,258 uppnåddes med användning av 0,15 vol%-TiO2@DW inbäddad i 45° lutande axlar med en vridningsfaktor på 3,0.Enfas och tvåfas (hybrid) simuleringsmodeller tar hänsyn till flödet och värmeöverföringen av CuO@DW nanofluider vid olika fastämneskoncentrationer (1–4 % vol.%)21.Den maximala termiska verkningsgraden för ett rör som sätts in med en tvinnad tejp är 2,18, och ett rör som sätts in med två tvinnade tejper under samma förhållanden är 2,04 (tvåfasmodell, Re = 36 000 och 4 vol.%).Det icke-Newtonska turbulenta nanofluidflödet av karboximetylcellulosa (CMC) och kopparoxid (CuO) i huvudrör och rör med tvinnade insatser har studerats.Nuavg visar en förbättring på 16,1 % (för huvudrörledningen) och 60 % (för den lindade rörledningen med förhållandet (H/D = 5)).I allmänhet resulterar ett lägre vrid-till-band-förhållande i en högre friktionskoefficient.I en experimentell studie studerades effekten av rör med tvinnad tejp (TT) och spolar (VC) på egenskaperna för värmeöverföring och friktionskoefficient med hjälp av CuO@DW nanofluids.Använder 0,3 vol.%-CuO@DW vid Re = 20 000 gör det möjligt att öka värmeöverföringen i VK-2-röret till ett maxvärde på 44,45 %.Dessutom, när man använder en tvinnad kabel och en spolinsats under samma gränsförhållanden, ökar friktionskoefficienten med faktorerna 1,17 och 1,19 jämfört med DW.Generellt sett är den termiska effektiviteten för nanovätskor som sätts in i spolar bättre än för nanovätskor som sätts in i tvinnade ledningar.Den volymetriska karaktäristiken för ett turbulent (MWCNT@DW) nanofluidflöde studerades inuti ett horisontellt rör infört i en spiraltråd.De termiska prestandaparametrarna var > 1 för alla fall, vilket indikerar att kombinationen av nanofluidik med spolinsatsen förbättrar värmeöverföringen utan att förbruka pumpkraft.Sammanfattning – De hydrotermiska egenskaperna hos en tvårörsvärmeväxlare med olika insatser gjorda av en modifierad tvinnad vriden V-formad tejp (VcTT) har studerats under förhållanden med ett turbulent flöde av Al2O3 + TiO2@DW nanofluiden.Jämfört med DW i basrör har Nuavg en signifikant förbättring på 132 % och en friktionskoefficient på upp till 55 %.Dessutom diskuterades energieffektiviteten för Al2O3+TiO2@DW nanokompositen i en tvårörsvärmeväxlare26.I sin studie fann de att användningen av Al2O3 + TiO2@DW och TT förbättrade exergieffektiviteten jämfört med DW.I koncentriska rörformiga värmeväxlare med VcTT-turbulatorer använde Singh och Sarkar27 fasförändringsmaterial (PCM), dispergerade enkla/nanokompositnanofluider (Al2O3@DW med PCM och Al2O3 + PCM).De rapporterade att värmeöverföring och tryckförlust ökar när vridningskoefficienten minskar och nanopartikelkoncentrationen ökar.En större V-notch djupfaktor eller en mindre breddfaktor kan ge större värmeöverföring och tryckförlust.Dessutom har grafen-platina (Gr-Pt) använts för att undersöka värme, friktion och övergripande entropigenereringshastighet i rör med 2-TT28-insatser.Deras studie visade att en mindre andel (Gr-Pt) signifikant minskade värmeentropigenereringen jämfört med en relativt högre friktionsentropiutveckling.Blandade Al2O3@MgO nanofluider och koniska WC kan betraktas som en bra blandning, eftersom ett ökat förhållande (h/Δp) kan förbättra den hydrotermiska prestandan hos en tvårörsvärmeväxlare 29 .En numerisk modell används för att utvärdera energisparande och miljömässiga prestanda hos värmeväxlare med olika tredelade hybrid nanofluider (THNF) (Al2O3 + grafen + MWCNT) suspenderade i DW30.På grund av dess prestandautvärderingskriterier (PEC) i intervallet 1,42–2,35, krävs en kombination av Depressed Twisted Turbulizer Insert (DTTI) och (Al2O3 + Graphene + MWCNT).
Hittills har lite uppmärksamhet ägnats åt rollen av kovalent och icke-kovalent funktionalisering i hydrodynamiskt flöde i termiska vätskor.Det specifika syftet med denna studie var att jämföra de termiska-hydrauliska egenskaperna hos nanovätskor (ZNP-SDBS@DV) och (ZNP-COOH@DV) i tvinnade tejpinsatser med spiralvinklar på 45° och 90°.De termofysiska egenskaperna mättes vid tenn = 308 K. I detta fall togs tre massfraktioner i beaktande i jämförelseprocessen, såsom (0,025 viktprocent, 0,05 viktprocent och 0,1 viktprocent).Skjuvspänningsöverföringen i 3D-modellen för turbulent flöde (SST k-ω) används för att lösa de termisk-hydrauliska egenskaperna.Således ger denna studie ett betydande bidrag till studiet av positiva egenskaper (värmeöverföring) och negativa egenskaper (tryckfall vid friktion), vilket visar de termiska-hydrauliska egenskaperna och optimeringen av verkliga arbetsvätskor i sådana tekniska system.
Grundkonfigurationen är ett slätt rör (L = 900 mm och Dh = 20 mm).Insatt tvinnad tejpmått (längd = 20 mm, tjocklek = 0,5 mm, profil = 30 mm).I detta fall var spiralprofilens längd, bredd och slaglängd 20 mm, 0,5 mm respektive 30 mm.De tvinnade banden lutar 45° och 90°.Olika arbetsvätskor såsom DW, icke-kovalenta nanovätskor (GNF-SDBS@DW) och kovalenta nanovätskor (GNF-COOH@DW) vid tenn = 308 K, tre olika masskoncentrationer och olika Reynolds-tal.Testerna utfördes inuti värmeväxlaren.Den yttre väggen av spiralröret värmdes till en konstant yttemperatur på 330 K för att testa parametrarna för att förbättra värmeöverföringen.
På fig.1 visar schematiskt ett vridet tejpföringsrör med tillämpliga gränsvillkor och maskvidd.Som nämnts tidigare gäller hastighets- och tryckgränsförhållanden för inlopps- och utloppsdelarna av helixen.Vid konstant yttemperatur utsätts rörväggen för ett halkfritt tillstånd.Den nuvarande numeriska simuleringen använder en tryckbaserad lösning.Samtidigt används ett program (ANSYS FLUENT 2020R1) för att omvandla en partiell differentialekvation (PDE) till ett system av algebraiska ekvationer med den finita volymmetoden (FMM).Den andra ordningens SIMPLE-metoden (semi-implicit metod för sekventiella tryckberoende ekvationer) är relaterad till hastighet-tryck.Det bör betonas att konvergensen av residualer för mass-, momentum- och energiekvationerna är mindre än 103 respektive 106.
p Diagram över fysiska och beräkningsdomäner: (a) spiralvinkel 90°, (b) spiralvinkel 45°, (c) inget spiralblad.
En homogen modell används för att förklara egenskaperna hos nanovätskor.Genom att införliva nanomaterial i basvätskan (DW) bildas en kontinuerlig vätska med utmärkta termiska egenskaper.I detta avseende har basvätskans och nanomaterialets temperatur och hastighet samma värde.På grund av ovanstående teorier och antaganden fungerar effektivt enfasflöde i denna studie.Flera studier har visat effektiviteten och tillämpbarheten av enfastekniker för nanofluidflöde31,32.
Flödet av nanovätskor måste vara turbulent från Newton, inkompressibelt och stationärt.Kompressionsarbete och viskös uppvärmning är irrelevanta i denna studie.Dessutom beaktas inte tjockleken på rörets inre och yttre väggar.Därför kan ekvationerna för massa, momentum och energihushållning som definierar den termiska modellen uttryckas på följande sätt:
där \(\overrightarrow{V}\) är medelhastighetsvektorn, Keff = K + Kt är den effektiva värmeledningsförmågan för kovalenta och icke-kovalenta nanovätskor, och ε är energiförlusthastigheten.De effektiva termofysiska egenskaperna hos nanovätskor, inklusive densitet (ρ), viskositet (μ), specifik värmekapacitet (Cp) och värmeledningsförmåga (k), som visas i tabellen, mättes under en experimentell studie vid en temperatur på 308 K1 när de användes i dessa simulatorer.
Numeriska simuleringar av turbulent nanofluidflöde i konventionella och TT-rör utfördes vid Reynolds nummer 7000 ≤ Re ≤ 17000. Dessa simuleringar och konvektiva värmeöverföringskoefficienter analyserades med hjälp av Mentors κ-ω turbulensmodell av skjuvspänningsöverföring (SST) i genomsnitt över Reynolds turbulens. modell Navier-Stokes, som vanligtvis används inom aerodynamisk forskning.Dessutom fungerar modellen utan väggfunktion och är noggrann nära väggar 35,36.(SST) κ-ω styrande ekvationer för turbulensmodellen är som följer:
där \(S\) är värdet på töjningshastigheten och \(y\) är avståndet till den intilliggande ytan.Under tiden \({\alpha}_{1}\), \({\alpha}_{2}\), \({\beta}_{1}\), \({\beta}_{ 2 }\), \({\beta}^{*}\), \({\sigma}_{{k}_{1}}\), \({\sigma}_{{k}_{ 2 }}\), \({\sigma}_{{\omega}_{1}}\) och \({\sigma}_{{\omega}_{2}}\) betecknar alla modellkonstanter.F1 och F2 är blandade funktioner.Notera: F1 = 1 i gränsskiktet, 0 i det mötande flödet.
Prestandautvärderingsparametrar används för att studera turbulent konvektiv värmeöverföring, kovalent och icke-kovalent nanofluidflöde, till exempel31:
I detta sammanhang används (\(\rho\)), (\(v\)), (\({D}_{h}\)) och (\(\mu\)) för densitet, vätskehastighet , hydraulisk diameter och dynamisk viskositet.(\({C}_{p}\, \mathrm{u}\, k\)) – specifik värmekapacitet och värmeledningsförmåga hos den strömmande vätskan.Dessutom hänvisar (\(\dot{m}\)) till massflöde, och (\({T}_{out}-{T}_{in}\)) hänvisar till inlopps- och utloppstemperaturskillnaden.(NFs) hänvisar till kovalenta, icke-kovalenta nanofluider och (DW) hänvisar till destillerat vatten (basvätska).\({A}_{s} = \pi DL\), \({\overline{T}}_{f}=\frac{\left({T}_{out}-{T}_{in }\right)}{2}\) och \({\overline{T}}_{w}=\summa \frac{{T}_{w}}{n}\).
De termofysiska egenskaperna hos basvätskan (DW), icke-kovalent nanovätska (GNF-SDBS@DW) och kovalent nanovätska (GNF-COOH@DW) togs från den publicerade litteraturen (experimentella studier), Sn = 308 K, som visas i Tabell 134. I ett typiskt experiment för att erhålla en icke-kovalent (GNP-SDBS@DW) nanovätska med kända massprocent, vägdes initialt vissa gram primära GNP på en digital våg.Viktförhållandet SDBS/native BNP är (0,5:1) viktat i DW.I detta fall syntetiserades kovalenta (COOH-GNP@DW) nanofluider genom att lägga till karboxylgrupper till ytan av GNP med användning av ett starkt surt medium med ett volymförhållande (1:3) av HNO3 och H2SO4.Kovalenta och icke-kovalenta nanofluider suspenderades i DW vid tre olika viktprocent såsom 0,025 viktprocent, 0,05 viktprocent.och 0,1 % av massan.
Maskoberoendetester genomfördes i fyra olika beräkningsdomäner för att säkerställa att maskstorleken inte påverkar simuleringen.I fallet med 45° torsionsrör är antalet enheter med enhetsstorlek 1,75 mm 249 033, antalet enheter med enhetsstorlek 2 mm är 307 969, antalet enheter med enhetsstorlek 2,25 mm är 421 406 och antalet enheter med enhetsstorlek 2 ,5 mm 564 940 resp.Dessutom, i exemplet med ett 90° tvinnat rör, är antalet element med en 1,75 mm elementstorlek 245 531, antalet element med en 2 mm elementstorlek är 311 584, antalet element med en 2,25 mm elementstorlek är 422 708, och antalet element med en elementstorlek på 2,5 mm är 573 826 respektive.Noggrannheten för avläsningar av termiska egenskaper som (Tout, HTC och Nuavg) ökar när antalet element minskar.Samtidigt visade noggrannheten av värdena för friktionskoefficienten och tryckfallet ett helt annat beteende (Fig. 2).Rutnät (2) användes som huvudnätområde för att utvärdera de termisk-hydrauliska egenskaperna i det simulerade fallet.
Testa värmeöverföring och tryckfallsprestanda oberoende av nät med hjälp av par av DW-rör vridna i 45° och 90°.
De nuvarande numeriska resultaten har validerats för värmeöverföringsprestanda och friktionskoefficient med hjälp av välkända empiriska korrelationer och ekvationer som Dittus-Belter, Petukhov, Gnelinsky, Notter-Rouse och Blasius.Jämförelsen utfördes under villkoret 7000≤Re≤17000.Enligt fig.3 är medel- och maximalfelen mellan simuleringsresultaten och värmeöverföringsekvationen 4,050 och 5,490 % (Dittus-Belter), 9,736 och 11,33 % (Petukhov), 4,007 och 7,483 % (Gnelinsky), och 3,893 % och 4,883 % (4. Nott-Belter).Reste sig).I detta fall är medel- och maximalfelen mellan simuleringsresultaten och friktionskoefficientekvationen 7,346 % och 8,039 % (Blasius) respektive 8,117 % och 9,002 % (Petukhov).
Värmeöverföring och hydrodynamiska egenskaper hos DW vid olika Reynolds-tal med hjälp av numeriska beräkningar och empiriska korrelationer.
Detta avsnitt diskuterar de termiska egenskaperna hos icke-kovalenta (LNP-SDBS) och kovalenta (LNP-COOH) vattenhaltiga nanovätskor vid tre olika massfraktioner och Reynolds-tal som medelvärden i förhållande till basvätskan (DW).Två geometrier för lindade remvärmeväxlare (spiralvinkel 45° och 90°) diskuteras för 7000 ≤ Re ≤ 17000. I fig.4 visar medeltemperaturen vid nanovätskans utlopp till basvätskan (DW) (\(\frac{{{T}_{out}}_{NFs}}{{{T}_{out}}_{ DW}} \)) vid (0,025 viktprocent, 0,05 viktprocent och 0,1 viktprocent).(\(\frac{{{T}_{out}}_{NFs}}{{{T}_{out}}_{DW}}\)) är alltid mindre än 1, vilket betyder att utloppstemperaturen är icke-kovalent (VNP-SDBS) och kovalenta (VNP-COOH) nanofluider ligger under temperaturen vid utloppet av basvätskan.De lägsta och högsta minskningarna var 0,1 vikt%-COOH@GNPs respektive 0,1 vikt%-SDBS@GNPs.Detta fenomen beror på en ökning av Reynolds-talet vid en konstant massfraktion, vilket leder till en förändring av nanofluidens egenskaper (det vill säga densitet och dynamisk viskositet).
Figurerna 5 och 6 visar de genomsnittliga värmeöverföringsegenskaperna för nanovätska till basvätska (DW) vid (0,025 viktprocent, 0,05 viktprocent och 0,1 viktprocent).De genomsnittliga värmeöverföringsegenskaperna är alltid större än 1, vilket innebär att värmeöverföringsegenskaperna för icke-kovalenta (LNP-SDBS) och kovalenta (LNP-COOH) nanovätskor förbättras jämfört med basvätskan.0,1 vikt%-COOH@GNPs och 0,1 vikt%-SDBS@GNPs uppnådde den lägsta respektive högsta vinsten.När Reynolds-talet ökar på grund av större vätskeblandning och turbulens i röret 1, förbättras värmeöverföringsprestandan.Vätskor genom små luckor når högre hastigheter, vilket resulterar i ett tunnare gränsskikt för hastighet/värme, vilket ökar värmeöverföringshastigheten.Att lägga till fler nanopartiklar till basvätskan kan ha både positiva och negativa resultat.Fördelaktiga effekter inkluderar ökade nanopartikelkollisioner, gynnsamma krav på vätskevärmeledningsförmåga och förbättrad värmeöverföring.
Värmeöverföringskoefficient för nanovätska till basvätska beroende på Reynolds nummer för 45° och 90° rör.
Samtidigt är en negativ effekt en ökning av nanovätskans dynamiska viskositet, vilket minskar nanovätskans rörlighet och därigenom minskar det genomsnittliga Nusselt-talet (Nuavg).Den ökade värmeledningsförmågan hos nanovätskor (ZNP-SDBS@DW) och (ZNP-COOH@DW) bör bero på Brownsk rörelse och mikrokonvektion av grafennanopartiklar suspenderade i DW37.Värmeledningsförmågan för nanovätskan (ZNP-COOH@DV) är högre än den för nanovätskan (ZNP-SDBS@DV) och destillerat vatten.Att lägga till mer nanomaterial till basvätskan ökar deras värmeledningsförmåga (tabell 1)38.
Figur 7 illustrerar den genomsnittliga friktionskoefficienten för nanovätskor med basvätska (DW) (f(NFs)/f(DW)) i massprocent (0,025 %, 0,05 % och 0,1 %).Den genomsnittliga friktionskoefficienten är alltid ≈1, vilket betyder att icke-kovalenta (GNF-SDBS@DW) och kovalenta (GNF-COOH@DW) nanovätskor har samma friktionskoefficient som basvätskan.En värmeväxlare med mindre utrymme skapar mer flödeshinder och ökar flödesfriktionen1.I grund och botten ökar friktionskoefficienten något med ökande massfraktion av nanovätskan.De högre friktionsförlusterna orsakas av den ökade dynamiska viskositeten hos nanovätskan och den ökade skjuvspänningen på ytan med en högre massprocent nanografen i basvätskan.Tabell (1) visar att den dynamiska viskositeten för nanovätskan (ZNP-SDBS@DV) är högre än den för nanovätskan (ZNP-COOH@DV) vid samma viktprocent, vilket är associerat med tillägg av yteffekter.aktiva ämnen på en icke-kovalent nanovätska.
På fig.8 visar nanovätska jämfört med basvätska (DW) (\(\frac{{\Delta P}_{NFs}}{{\Delta P}_{DW}}\)) vid (0,025%, 0,05% och 0,1% ).Den icke-kovalenta (GNPs-SDBS@DW) nanovätskan visade en högre genomsnittlig tryckförlust och med en ökning i massprocent till 2,04 % för 0,025 % vikt, 2,46 % för 0,05 % vikt.och 3,44 % för 0,1 % vikt.med höljeförstoring (helixvinkel 45° och 90°).Under tiden visade nanovätskan (GNPs-COOH@DW) en lägre genomsnittlig tryckförlust, ökande från 1,31 % vid 0,025 % vikt.upp till 1,65 % vid 0,05 % vikt.Den genomsnittliga tryckförlusten på 0,05 vikt%-COOH@NP och 0,1 vikt%-COOH@NP är 1,65%.Som kan ses ökar tryckfallet med ökande Re-tal i samtliga fall.Ett ökat tryckfall vid höga Re-värden indikeras av ett direkt beroende av volymflödet.Därför leder ett högre Re-tal i röret till ett högre tryckfall, vilket kräver en ökning av pumpeffekt39,40.Dessutom är tryckförlusterna högre på grund av den högre intensiteten hos virvlar och turbulens som genereras av den större ytan, vilket ökar samspelet mellan tryck- och tröghetskrafter i gränsskiktet1.
I allmänhet visas prestandautvärderingskriterier (PEC) för icke-kovalenta (VNP-SDBS@DW) och kovalenta (VNP-COOH@DW) nanovätskor i figurerna.9. Nanofluid (ZNP-SDBS@DV) visade högre PEC-värden än (ZNP-COOH@DV) i båda fallen (spiralvinkel 45° och 90°) och det förbättrades genom att öka massfraktionen, till exempel 0,025 viktprocent.är 1,17, 0,05 viktprocent är 1,19 och 0,1 viktprocent är 1,26.Samtidigt var PEC-värdena med användning av nanofluider (GNPs-COOH@DW) 1,02 för 0,025 viktprocent, 1,05 för 0,05 viktprocent, 1,05 för 0,1 viktprocent.i båda fallen (spiralvinkel 45° och 90°).1.02.Som regel, med en ökning av Reynolds-talet, minskar den termisk-hydrauliska effektiviteten avsevärt.När Reynolds-talet ökar är minskningen av den termisk-hydrauliska effektivitetskoefficienten systematiskt associerad med en ökning av (NuNFs/NuDW) och en minskning av (fNFs/fDW).
Hydrotermiska egenskaper hos nanovätskor med avseende på basvätskor beroende på Reynolds siffror för rör med 45° och 90° vinklar.
Det här avsnittet diskuterar de termiska egenskaperna hos vatten (DW), icke-kovalenta (VNP-SDBS@DW) och kovalenta (VNP-COOH@DW) nanovätskor vid tre olika masskoncentrationer och Reynolds-tal.Två lindade remvärmeväxlargeometrier ansågs i intervallet 7000 ≤ Re ≤ 17000 med avseende på konventionella rör (spiralvinklar 45° och 90°) för att utvärdera den genomsnittliga termisk-hydrauliska prestandan.På fig.10 visar temperaturen på vatten och nanovätskor vid utloppet som ett medelvärde med (spiralvinkel 45° och 90°) för ett gemensamt rör (\(\frac{{{T}_{out}}_{Twisted}}{{ {T} _{out}}_{Regular}}\)).Icke-kovalenta (GNP-SDBS@DW) och kovalenta (GNP-COOH@DW) nanofluider har tre olika viktfraktioner såsom 0,025 viktprocent, 0,05 viktprocent och 0,1 viktprocent.Såsom visas i fig.11, medelvärdet för utloppstemperaturen (\(\frac{{{T}_{out}}_{Twisted}}{{{T}_{out}}_{Plain}}\)) > 1, vilket indikerar att (45° och 90° spiralvinkel) temperaturen vid utloppet av värmeväxlaren är mer signifikant än den för ett konventionellt rör, på grund av den större turbulensintensiteten och bättre blandning av vätskan.Dessutom minskade temperaturen vid utloppet av DW, icke-kovalenta och kovalenta nanofluider med ökande Reynolds-tal.Basvätskan (DW) har den högsta medelutloppstemperaturen.Samtidigt avser det lägsta värdet 0,1 vikt%-SDBS@GNPs.Icke-kovalenta (GNPs-SDBS@DW) nanovätskor visade en lägre genomsnittlig utloppstemperatur jämfört med kovalenta (GNPs-COOH@DW) nanovätskor.Eftersom den tvinnade tejpen gör flödesfältet mer blandat, kan värmeflödet nära väggen lättare passera genom vätskan, vilket ökar den totala temperaturen.Ett lägre vrid-till-tejp-förhållande ger bättre penetration och därmed bättre värmeöverföring.Å andra sidan kan man se att den rullade tejpen håller en lägre temperatur mot väggen, vilket i sin tur ökar Nuavg.För tvinnade tejpinsatser indikerar ett högre Nuavg-värde förbättrad konvektiv värmeöverföring inom röret22.På grund av den ökade flödesvägen och ytterligare blandning och turbulens ökar uppehållstiden, vilket resulterar i en ökning av temperaturen på vätskan vid utloppet41.
Reynolds antal olika nanofluider i förhållande till utloppstemperaturen för konventionella rör (45° och 90° helixvinklar).
Värmeöverföringskoefficienter (45° och 90° spiralvinkel) kontra Reynolds tal för olika nanofluider jämfört med konventionella rör.
Huvudmekanismen för förbättrad lindad tejpvärmeöverföring är som följer: 1. En minskning av den hydrauliska diametern hos värmeväxlarröret leder till en ökning av flödeshastighet och krökning, vilket i sin tur ökar skjuvspänningen vid väggen och främjar sekundär rörelse.2. På grund av blockering av lindningstejpen ökar hastigheten vid rörväggen, och tjockleken på gränsskiktet minskar.3. Spiralflöde bakom det tvinnade bandet leder till en ökning av hastigheten.4. Inducerade virvlar förbättrar vätskeblandningen mellan flödets centrala och nära väggområdena42.På fig.11 och fig.12 visar värmeöverföringsegenskaperna för DW och nanovätskor, till exempel (värmeöverföringskoefficient och genomsnittligt Nusselt-tal) som medelvärden med användning av vridna tejpföringsrör jämfört med konventionella rör.Icke-kovalenta (GNP-SDBS@DW) och kovalenta (GNP-COOH@DW) nanofluider har tre olika viktfraktioner såsom 0,025 viktprocent, 0,05 viktprocent och 0,1 viktprocent.I båda värmeväxlarna (45° och 90° spiralvinkel) är den genomsnittliga värmeöverföringsprestanda >1, vilket indikerar en förbättring i värmeöverföringskoefficient och genomsnittligt Nusselt-tal med lindade rör jämfört med konventionella rör.Icke-kovalenta (GNPs-SDBS@DW) nanovätskor visade högre genomsnittlig värmeöverföringsförbättring än kovalenta (GNPs-COOH@DW) nanovätskor.Vid Re = 900 var 0,1 vikt% förbättring av värmeöverföringsprestanda -SDBS@GNPs för de två värmeväxlarna (45° och 90° spiralvinkel) den högsta med ett värde på 1,90.Detta betyder att den enhetliga TP-effekten är viktigare vid lägre vätskehastigheter (Reynolds nummer)43 och ökande turbulensintensitet.På grund av införandet av multipla virvlar är värmeöverföringskoefficienten och det genomsnittliga antalet Nusselt TT-rör högre än konventionella rör, vilket resulterar i ett tunnare gränsskikt.Ökar närvaron av HP intensiteten av turbulens, blandning av arbetsvätskeflöden och förbättrad värmeöverföring jämfört med basrör (utan att sätta in en tvinnad tvinnad tejp)21.
Genomsnittligt Nusselt-tal (spiralvinkel 45° och 90°) kontra Reynolds-tal för olika nanofluider jämfört med konventionella rör.
Figurerna 13 och 14 visar den genomsnittliga friktionskoefficienten (\(\frac{{f}_{Twisted}}{{f}_{Plain}}\)) och tryckförlust (\(\frac{{\Delta P} _ {Twisted}}{{\Delta P}_{Plain}}\}} ca 45° och 90° för konventionella rör som använder DW nanofluids, (GNPs-SDBS@DW) och (GNPs-COOH@DW) jonbytare innehåller ( 0,025 vikt-%, 0,05 vikt-% och 0,1 vikt-%). { {f}_{Plain} }\)) och tryckförlust (\(\frac{{ \Delta P}_{Twisted}}{{\Delta P }_{Plain}}\}) fall är friktionskoefficienten och tryckförlusten högre vid lägre Reynolds-tal Den genomsnittliga friktionskoefficienten och tryckförlusten är mellan 3,78 och 3,12 Den genomsnittliga friktionskoefficienten och tryckförlusten visar att (45° helix) vinkel och 90°) värmeväxlare kostar tre gånger högre än konventionella rör.Dessutom, när arbetsvätskan strömmar med högre hastighet, minskar friktionskoefficienten. Problemet uppstår eftersom när Reynolds-talet ökar, tjockleken på gränsskiktet minskar, vilket leder till en minskning av effekten av dynamisk viskositet på det påverkade området, en minskning av hastighetsgradienter och skjuvspänningar och följaktligen en minskning av friktionskoefficienten21.Den förbättrade blockeringseffekten på grund av närvaron av TT och den ökade virveln resulterar i betydligt högre tryckförluster för heterogena TT-rör än för basrör.För både basröret och TT-röret kan man dessutom se att tryckfallet ökar med arbetsvätskans hastighet43.
Friktionskoefficient (45° och 90° spiralvinkel) mot Reynolds nummer för olika nanofluider jämfört med konventionella rör.
Tryckförlust (45° och 90° spiralvinkel) som en funktion av Reynolds tal för olika nanofluider i förhållande till ett konventionellt rör.
Sammanfattningsvis visar figur 15 prestandautvärderingskriterier (PEC) för värmeväxlare med 45° och 90° vinklar jämfört med vanliga rör (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}} \ ) i (0,025 viktprocent, 0,05 viktprocent och 0,1 viktprocent) med användning av DV, (VNP-SDBS@DV) och kovalenta (VNP-COOH@DV) nanovätskor.Värdet (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) > 1 i båda fallen (45° och 90° spiralvinkel) i värmeväxlaren.Dessutom når (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) sitt bästa värde vid Re = 11 000.90° värmeväxlaren visar en liten ökning av (\ (\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) jämfört med en 45° värmeväxlare., Vid Re = 11 000 representerar 0,1 vikt%-GNPs@SDBS högre (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) värden, t.ex. 1,25 för 45° värmeväxlarhörn och 1,27 för 90° hörnvärmeväxlare.Det är större än en i alla procent av massfraktionen, vilket indikerar att rör med tvinnade tejpinsatser är överlägsna konventionella rör.Noterbart resulterade den förbättrade värmeöverföringen från tejpinsatserna i en betydande ökning av friktionsförlusterna22.
Effektivitetskriterier för Reynolds antal olika nanofluider i förhållande till konventionella rör (45° och 90° helixvinkel).
Appendix A visar strömlinjer för 45° och 90° värmeväxlare vid Re = 7000 med användning av DW, 0,1 wt%-GNP-SDBS@DW och 0,1 wt%-GNP-COOH@DW.Strömlinjerna i det tvärgående planet är det mest slående inslaget i effekten av vridna bandinsatser på huvudflödet.Användningen av 45° och 90° värmeväxlare visar att hastigheten i området nära väggen är ungefär densamma.Samtidigt visar Appendix B hastighetskonturerna för 45° och 90° värmeväxlare vid Re = 7000 med användning av DW, 0,1 wt%-GNP-SDBS@DW och 0,1 wt%-GNP-COOH@DW.Hastighetsslingorna finns på tre olika platser (skivor), till exempel Plain-1 (P1 = −30 mm), Plain-4 (P4 = 60 mm) och Plain-7 (P7 = 150 mm).Flödeshastigheten nära rörväggen är lägst och vätskehastigheten ökar mot rörets mitt.Dessutom, när den passerar genom luftkanalen, ökar området med låga hastigheter nära väggen.Detta beror på tillväxten av det hydrodynamiska gränsskiktet, vilket ökar tjockleken på låghastighetsområdet nära väggen.En ökning av Reynolds-talet ökar dessutom den totala hastighetsnivån i alla tvärsnitt, vilket minskar tjockleken på låghastighetsområdet i kanalen39.
Kovalent och icke-kovalent funktionaliserade grafennanoark utvärderades i tvinnade tejpinsatser med spiralvinklar på 45° och 90°.Värmeväxlaren löses numeriskt med hjälp av SST k-omega turbulensmodellen vid 7000 ≤ Re ≤ 17000. De termofysiska egenskaperna är beräknade vid Tenn = 308 K. Värm samtidigt den tvinnade rörväggen vid en konstant temperatur på 330 K. COOH@DV) späddes i tre massmängder, till exempel (0,025 viktprocent, 0,05 viktprocent och 0,1 viktprocent).Den aktuella studien övervägde sex huvudfaktorer: utloppstemperatur, värmeöverföringskoefficient, genomsnittligt Nusselt-tal, friktionskoefficient, tryckförlust och kriterier för prestandautvärdering.Här är de viktigaste resultaten:
Den genomsnittliga utloppstemperaturen (\({{T}_{out}}_{Nanofluids}\)/\({{T}_{out}}_{Basefluid}\)) är alltid mindre än 1, vilket betyder att icke-spridning Utloppstemperaturen för valens (ZNP-SDBS@DV) och kovalenta (ZNP-COOH@DV) nanovätskor är lägre än basvätskans.Samtidigt är den genomsnittliga utloppstemperaturen (\({{T}_{out}}_{Twisted}\)/\({{T}_{out}}_{Plain}\)))-värde > 1, vilket anger att faktum att (45° och 90° spiralvinkel) utloppstemperaturen är högre än med konventionella rör.
I båda fallen visar medelvärdena för värmeöverföringsegenskaperna (nanovätska/basvätska) och (tvinnat rör/normalt rör) alltid >1.Icke-kovalenta (GNPs-SDBS@DW) nanovätskor visade en högre genomsnittlig ökning av värmeöverföring, motsvarande kovalenta (GNPs-COOH@DW) nanovätskor.
Den genomsnittliga friktionskoefficienten (\({f}_{Nanofluids}/{f}_{Basefluid}\)) för icke-kovalenta (VNP-SDBS@DW) och kovalenta (VNP-COOH@DW) nanovätskor är alltid ≈1 .friktion av icke-kovalenta (ZNP-SDBS@DV) och kovalenta (ZNP-COOH@DV) nanovätskor (\({f}_{Twisted}/{f}_{Plain}\)) för alltid > 3.
I båda fallen (45° och 90° helixvinkel) visade nanovätskorna (GNPs-SDBS@DW) högre (\({\Delta P}_{Nanofluids}/{\Delta P}_{Basefluid}\)) 0,025 vikt % för 2,04 %, 0,05 vikt % för 2,46 % och 0,1 vikt % för 3,44 %.Samtidigt visade (GNPs-COOH@DW) nanofluids lägre (\({\Delta P}_{Nanofluids}/{\Delta P}_{Basefluid}\)) från 1,31 % för 0,025 viktprocent till 1,65 % är 0,05 % efter vikt.Dessutom, den genomsnittliga tryckförlusten (\({\Delta P}_{Twisted}/{\Delta P}_{Plain}\) för icke-kovalenta (GNPs-SDBS@DW) och kovalenta (GNPs-COOH@DW) ))) nanofluider alltid >3.
I båda fallen (45° och 90° helixvinklar) visade nanovätskorna (GNPs-SDBS@DW) ett högre (\({PEC}_{Nanofluids}/{PEC} _{Basefluid}\)) @DW-värde) t.ex. 0,025 viktprocent – 1,17, 0,05 viktprocent – 1,19, 0,1 viktprocent – 1,26.I det här fallet är värdena för (\({PEC}_{Nanofluids}/{PEC}_{Basefluid}\)) med (GNPs-COOH@DW) nanofluids 1,02 för 0,025 viktprocent, 1,05 för 0 , 05 vikt.% och 1,02 är 0,1 vikt-%.Dessutom, vid Re = 11 000, visade 0,1 vikt%-GNPs@SDBS högre värden (\({PEC}_{Twisted}/{PEC}_{Plain}\)), såsom 1,25 för 45° helixvinkel och 90° spiralvinkel 1,27.
Thianpong, C. et al.Multifunktionell optimering av nanofluid titandioxid/vattenflöde i värmeväxlaren, förstärkt av tvinnade tejpinsatser med deltavingar.inre J. Hot.vetenskapen.172, 107318 (2022).
Langerudi, HG och Jawaerde, C. Experimentell studie av icke-newtonskt vätskeflöde i bälgar insatta med typiska och V-formade tvinnade tejper.Heat and Mass Transfer 55, 937–951 (2019).
Dong, X. et al.Experimentell studie av värmeöverföringsegenskaperna och flödesmotståndet hos en spiraltvinnad rörformig värmeväxlare [J].Appliceringstemperatur.projekt.176, 115397 (2020).
Yongsiri, K., Eiamsa-Ard, P., Wongcharee, K. & Eiamsa-Ard, SJCS Förbättrad värmeöverföring i turbulent kanalflöde med sneda separerande fenor.aktuell forskning.temperatur.projekt.3, 1–10 (2014).
Posttid: 17-mars 2023