304 rustfritt stål kveilrør kjemisk komponent, termodynamisk analyse av kovalent og ikke-kovalent funksjonaliserte grafen nanoark i runde rør utstyrt med turbulatorer

Takk for at du besøker Nature.com.Du bruker en nettleserversjon med begrenset CSS-støtte.For den beste opplevelsen anbefaler vi at du bruker en oppdatert nettleser (eller deaktiverer kompatibilitetsmodus i Internet Explorer).I tillegg, for å sikre kontinuerlig støtte, viser vi nettstedet uten stiler og JavaScript.
Skyveknapper som viser tre artikler per lysbilde.Bruk tilbake- og neste-knappene for å gå gjennom lysbildene, eller lysbildekontrollknappene på slutten for å gå gjennom hvert lysbilde.

304 10*1mm Rustfritt stål kveilrør i Kina

Størrelse: 3/4 tommer, 1/2 tommer, 1 tommer, 3 tommer, 2 tommer

Enhet Rørlengde: 6 meter

Stålkvalitet: 201, 304 OG 316

Karakter: 201, 202, 304, 316, 304L, 316L,

Materiale: RUSTFRITT STÅL

Tilstand: Ny

Kovalente og ikke-kovalente nanofluider ble testet i runde rør utstyrt med vridd tape-innlegg med spiralvinkler på 45° og 90°.Reynolds-tallet var 7000 ≤ Re ≤ 17000, de termofysiske egenskapene ble evaluert ved 308 K. Den fysiske modellen løses numerisk ved bruk av en to-parameter turbulent viskositetsmodell (SST k-omega turbulens).Konsentrasjonene (0,025 vekt-%, 0,05 vekt-% og 0,1 vekt-%) av nanofluidene ZNP-SDBS@DV og ZNP-COOH@DV ble vurdert i arbeidet.Veggene til de vridde rørene varmes opp ved en konstant temperatur på 330 K. Seks parametere ble vurdert i den nåværende studien: utløpstemperatur, varmeoverføringskoeffisient, gjennomsnittlig Nusselt-tall, friksjonskoeffisient, trykktap og kriterier for ytelsesevaluering.I begge tilfeller (helixvinkel på 45° og 90°) viste ZNP-SDBS@DV nanofluiden høyere termisk-hydrauliske egenskaper enn ZNP-COOH@DV, og den økte med økende massefraksjon, for eksempel 0,025 vekt.og 0,05 vekt.er 1,19.% og 1,26 – 0,1 vekt-%.I begge tilfeller (helixvinkel 45° og 90°) er verdiene for termodynamiske egenskaper ved bruk av GNP-COOH@DW 1,02 for 0,025 vekt%, 1,05 for 0,05 vekt%.og 1,02 for 0,1 vekt-%.
Varmeveksleren er en termodynamisk enhet 1 som brukes til å overføre varme under kjøle- og oppvarmingsoperasjoner.De termisk-hydrauliske egenskapene til varmeveksleren forbedrer varmeoverføringskoeffisienten og reduserer motstanden til arbeidsvæsken.Det er utviklet flere metoder for å forbedre varmeoverføringen, inkludert turbulensforsterkere2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 og nanofluids12,13,14,15.Twisted tape-innsetting er en av de mest vellykkede metodene for å forbedre varmeoverføringen i varmevekslere på grunn av dens enkle vedlikehold og lave kostnader7,16.
I en serie eksperimentelle og beregningsmessige studier ble de hydrotermiske egenskapene til blandinger av nanofluider og varmevekslere med vridd tape-innlegg studert.I et eksperimentelt arbeid ble de hydrotermiske egenskapene til tre forskjellige metalliske nanofluider (Ag@DW, Fe@DW og Cu@DW) studert i en varmeveksler med nålevridd tape (STT)17.Sammenlignet med basisrøret er varmeoverføringskoeffisienten til STT forbedret med 11% og 67%.SST-oppsettet er det beste fra et økonomisk synspunkt når det gjelder effektivitet med parameteren α = β = 0,33.I tillegg ble en 18,2 % økning i n observert med Ag@DW, selv om den maksimale økningen i trykktap bare var 8,5 %.De fysiske prosessene for varmeoverføring og trykktap i konsentriske rør med og uten kveilturbulatorer ble studert ved bruk av turbulente strømmer av Al2O3@DW nanofluid med tvungen konveksjon.Maksimalt gjennomsnittlig Nusselt-tall (Nuavg) og trykktap er observert ved Re = 20 000 når spolestigningen = 25 mm og Al2O3@DW nanofluid 1,6 vol.%.Laboratoriestudier har også blitt utført for å studere varmeoverførings- og trykktapsegenskapene til grafenoksidnanofluider (GO@DW) som strømmer gjennom nesten sirkulære rør med WC-innsatser.Resultatene viste at 0,12 vol%-GO@DW økte den konvektive varmeoverføringskoeffisienten med ca. 77%.I en annen eksperimentell studie ble nanofluider (TiO2@DW) utviklet for å studere de termisk-hydrauliske egenskapene til rør med fordypninger utstyrt med vridd tapeinnsatser20.Den maksimale hydrotermiske effektiviteten på 1,258 ble oppnådd ved bruk av 0,15 vol%-TiO2@DW innebygd i 45° skråstilte aksler med en vridningsfaktor på 3,0.Enfase- og tofase- (hybrid) simuleringsmodeller tar hensyn til strømning og varmeoverføring av CuO@DW nanofluider ved ulike faststoffkonsentrasjoner (1–4 % vol.%)21.Den maksimale termiske virkningsgraden for et rør satt inn med ett vridd bånd er 2,18, og et rør satt inn med to vridd bånd under samme forhold er 2,04 (tofasemodell, Re = 36 000 og 4 vol.%).Den ikke-newtonske turbulente nanofluidstrømmen av karboksymetylcellulose (CMC) og kobberoksid (CuO) i hovedrør og rør med vridd innsats er studert.Nuavg viser en forbedring på 16,1 % (for hovedrørledningen) og 60 % (for kveilrørledningen med et forhold på (H/D = 5)).Generelt vil et lavere forhold mellom vridning og bånd resultere i en høyere friksjonskoeffisient.I en eksperimentell studie ble effekten av rør med tvunnet tape (TT) og spoler (VC) på egenskapene til varmeoverføring og friksjonskoeffisient studert ved bruk av CuO@DW nanofluider.Bruker 0,3 vol.%-CuO@DW ved Re = 20 000 gjør det mulig å øke varmeoverføringen i VK-2 røret til en maksimal verdi på 44,45 %.I tillegg, når du bruker en tvunnet parkabel og en spoleinnsats under samme grenseforhold, øker friksjonskoeffisienten med faktorer på 1,17 og 1,19 sammenlignet med DW.Generelt er den termiske effektiviteten til nanofluider satt inn i spoler bedre enn for nanofluider satt inn i trådede ledninger.Den volumetriske karakteristikken til en turbulent (MWCNT@DW) nanofluidstrøm ble studert inne i et horisontalt rør satt inn i en spiraltråd.De termiske ytelsesparametrene var > 1 for alle tilfeller, noe som indikerer at kombinasjonen av nanofluidikk med spoleinnsatsen forbedrer varmeoverføringen uten å forbruke pumpekraft.Sammendrag - De hydrotermiske egenskapene til en to-rørs varmeveksler med forskjellige innsatser laget av en modifisert vridd V-formet tape (VcTT) har blitt studert under forhold med en turbulent strøm av Al2O3 + TiO2@DW nanofluid.Sammenlignet med DW i basisrør har Nuavg en betydelig forbedring på 132 % og en friksjonskoeffisient på opptil 55 %.I tillegg ble energieffektiviteten til Al2O3+TiO2@DW nanokompositten i en to-rørs varmeveksler26 diskutert.I sin studie fant de at bruken av Al2O3 + TiO2@DW og TT forbedret eksergieffektiviteten sammenlignet med DW.I konsentriske rørformede varmevekslere med VcTT-turbulatorer, brukte Singh og Sarkar27 faseendringsmaterialer (PCM), dispergerte enkelt/nanokompositt nanofluider (Al2O3@DW med PCM og Al2O3 + PCM).De rapporterte at varmeoverføring og trykktap øker når vridningskoeffisienten avtar og nanopartikkelkonsentrasjonen øker.En større V-notch dybdefaktor eller en mindre breddefaktor kan gi større varmeoverføring og trykktap.I tillegg har grafen-platina (Gr-Pt) blitt brukt til å undersøke varme, friksjon og generell entropigenereringshastighet i rør med 2-TT28-innsatser.Studien deres viste at en mindre prosentandel av (Gr-Pt) signifikant reduserte varmeentropigenerering sammenlignet med en relativt høyere friksjonsentropiutvikling.Blandede Al2O3@MgO nanofluider og konisk WC kan betraktes som en god blanding, siden et økt forhold (h/Δp) kan forbedre den hydrotermiske ytelsen til en to-rørs varmeveksler 29 .En numerisk modell brukes til å evaluere energibesparende og miljømessig ytelse til varmevekslere med ulike tredelte hybrid nanofluider (THNF) (Al2O3 + grafen + MWCNT) suspendert i DW30.På grunn av ytelsesevalueringskriteriene (PEC) i området 1,42–2,35, kreves en kombinasjon av Depressed Twisted Turbulizer Insert (DTTI) og (Al2O3 + Graphene + MWCNT).
Til nå har lite oppmerksomhet blitt gitt til rollen til kovalent og ikke-kovalent funksjonalisering i hydrodynamisk strømning i termiske væsker.Den spesifikke hensikten med denne studien var å sammenligne de termisk-hydrauliske egenskapene til nanofluider (ZNP-SDBS@DV) og (ZNP-COOH@DV) i tvinnede tapeinnsatser med spiralvinkler på 45° og 90°.De termofysiske egenskapene ble målt til Tin = 308 K. I dette tilfellet ble det tatt hensyn til tre massefraksjoner i sammenligningsprosessen, slik som (0,025 vekt-%, 0,05 vekt-% og 0,1 vekt-%).Skjærspenningsoverføringen i den 3D turbulente strømningsmodellen (SST k-ω) brukes til å løse de termisk-hydrauliske egenskapene.Dermed gir denne studien et betydelig bidrag til studiet av positive egenskaper (varmeoverføring) og negative egenskaper (trykkfall ved friksjon), og demonstrerer de termisk-hydrauliske egenskapene og optimaliseringen av ekte arbeidsvæsker i slike tekniske systemer.
Grunnkonfigurasjonen er et glatt rør (L = 900 mm og Dh = 20 mm).Innsatt tvunnet tape dimensjoner (lengde = 20 mm, tykkelse = 0,5 mm, profil = 30 mm).I dette tilfellet var lengden, bredden og slaglengden til spiralprofilen henholdsvis 20 mm, 0,5 mm og 30 mm.De vridde båndene er skråstilt i 45° og 90°.Ulike arbeidsvæsker som DW, ikke-kovalente nanofluider (GNF-SDBS@DW) og kovalente nanofluider (GNF-COOH@DW) ved Tin = 308 K, tre forskjellige massekonsentrasjoner og forskjellige Reynolds-tall.Testene ble utført inne i varmeveksleren.Den ytre veggen til spiralrøret ble oppvarmet til en konstant overflatetemperatur på 330 K for å teste parametrene for å forbedre varmeoverføringen.
På fig.1 viser skjematisk et tvunnet tapeinnføringsrør med gjeldende grensebetingelser og maskeflate.Som nevnt tidligere gjelder grensebetingelser for hastighet og trykk for innløps- og utløpsdelene av helixen.Ved konstant overflatetemperatur påføres en sklisikre tilstand på rørveggen.Den nåværende numeriske simuleringen bruker en trykkbasert løsning.Samtidig brukes et program (ANSYS FLUENT 2020R1) for å konvertere en partiell differensialligning (PDE) til et system av algebraiske ligninger ved bruk av finitt volummetoden (FMM).Andreordens SIMPLE-metoden (semi-implisitt metode for sekvensielle trykkavhengige ligninger) er relatert til hastighet-trykk.Det bør understrekes at konvergensen av residualer for masse-, momentum- og energiligningene er mindre enn henholdsvis 103 og 106.
p Diagram over fysiske og beregningsmessige domener: (a) spiralvinkel 90°, (b) spiralvinkel 45°, (c) ingen spiralformet blad.
En homogen modell brukes for å forklare egenskapene til nanofluider.Ved å inkorporere nanomaterialer i basisvæsken (DW), dannes en kontinuerlig væske med utmerkede termiske egenskaper.I denne forbindelse har temperaturen og hastigheten til basisvæsken og nanomaterialet samme verdi.På grunn av de ovennevnte teoriene og antakelsene fungerer effektiv enfasestrøm i denne studien.Flere studier har vist effektiviteten og anvendeligheten til enfaseteknikker for nanofluidisk strømning31,32.
Strømmen av nanofluider må være newtonsk turbulent, inkompressibel og stasjonær.Kompresjonsarbeid og viskøs oppvarming er irrelevant i denne studien.I tillegg er det ikke tatt hensyn til tykkelsen på rørets indre og ytre vegger.Derfor kan masse-, momentum- og energisparingsligningene som definerer den termiske modellen uttrykkes som følger:
hvor \(\overrightarrow{V}\) er gjennomsnittshastighetsvektoren, Keff = K + Kt er den effektive varmeledningsevnen til kovalente og ikke-kovalente nanofluider, og ε er energispredningshastigheten.De effektive termofysiske egenskapene til nanofluider, inkludert tetthet (ρ), viskositet (μ), spesifikk varmekapasitet (Cp) og termisk ledningsevne (k), vist i tabellen, ble målt under en eksperimentell studie ved en temperatur på 308 K1 ved bruk i disse simulatorene.
Numeriske simuleringer av turbulent nanofluidstrøm i konvensjonelle rør og TT-rør ble utført ved Reynolds-tall 7000 ≤ Re ≤ 17000. Disse simuleringene og konvektiv varmeoverføringskoeffisienter ble analysert ved å bruke Mentors κ-ω-turbulensmodell av skjærspenningsoverføring (SST) gjennomsnittlig turbulens over Reynold-turbulensen. modell Navier-Stokes, ofte brukt i aerodynamisk forskning.I tillegg fungerer modellen uten veggfunksjon og er nøyaktig nær vegger 35,36.(SST) κ-ω styrende ligninger for turbulensmodellen er som følger:
hvor \(S\) er verdien av tøyningshastigheten, og \(y\) er avstanden til den tilstøtende overflaten.I mellomtiden, \({\alpha}_{1}\), \({\alpha}_{2}\), \({\beta}_{1}\), \({\beta}_{ 2 }\), \({\beta}^{*}\), \({\sigma}_{{k}_{1}}\), \({\sigma}_{{k}_{ 2 }}\), \({\sigma}_{{\omega}_{1}}\) og \({\sigma}_{{\omega}_{2}}\) angir alle modellkonstanter.F1 og F2 er blandede funksjoner.Merk: F1 = 1 i grensesjiktet, 0 i motgående flyt.
Ytelsesevalueringsparametre brukes til å studere turbulent konvektiv varmeoverføring, kovalent og ikke-kovalent nanofluidstrøm, for eksempel31:
I denne sammenhengen brukes (\(\rho\)), (\(v\)), (\({D}_{h}\)) og (\(\mu\)) for tetthet, væskehastighet , hydraulisk diameter og dynamisk viskositet.(\({C}_{p}\, \mathrm{u}\, k\)) – spesifikk varmekapasitet og termisk ledningsevne til den strømmende væsken.Dessuten refererer (\(\dot{m}\)) til massestrøm, og (\({T}_{out}-{T}_{in}\)) refererer til innløps- og utløpstemperaturforskjell.(NFs) refererer til kovalente, ikke-kovalente nanofluider, og (DW) refererer til destillert vann (basevæske).\({A}_{s} = \pi DL\), \({\overline{T}}_{f}=\frac{\left({T}_{out}-{T}_{in }\right)}{2}\) og \({\overline{T}}_{w}=\sum \frac{{T}_{w}}{n}\).
De termofysiske egenskapene til basisvæsken (DW), ikke-kovalent nanofluid (GNF-SDBS@DW) og kovalent nanofluid (GNF-COOH@DW) ble hentet fra publisert litteratur (eksperimentelle studier), Sn = 308 K, som vist i tabell 134. I et typisk eksperiment for å oppnå en ikke-kovalent (GNP-SDBS@DW) nanofluid med kjente masseprosenter, ble visse gram primære GNP først veid på en digital vekt.Vektforholdet mellom SDBS/native BNP er (0,5:1) vektet i DW.I dette tilfellet ble kovalente (COOH-GNP@DW) nanofluider syntetisert ved å legge til karboksylgrupper til overflaten av GNP ved å bruke et sterkt surt medium med et volumforhold (1:3) av HNO3 og H2SO4.Kovalente og ikke-kovalente nanofluider ble suspendert i DW ved tre forskjellige vektprosenter som 0,025 vekt%, 0,05 vekt%.og 0,1 % av massen.
Mesh uavhengighetstester ble utført i fire forskjellige beregningsdomener for å sikre at maskestørrelsen ikke påvirker simuleringen.For 45° torsjonsrør er antall enheter med enhetsstørrelse 1,75 mm 249 033, antall enheter med enhetsstørrelse 2 mm er 307 969, antall enheter med enhetsstørrelse 2,25 mm er 421 406, og antall enheter med enhetsstørrelse 2 ,5 mm 564 940 hhv.I tillegg, i eksemplet med et 90° tvunnet rør, er antall elementer med 1,75 mm elementstørrelse 245 531, antall elementer med 2 mm elementstørrelse er 311 584, antall elementer med 2,25 mm elementstørrelse er 422.708,- og antall elementer med en elementstørrelse på 2,5 mm er henholdsvis 573.826.Nøyaktigheten til avlesninger av termiske egenskaper som (Tout, htc og Nuavg) øker etter hvert som antall elementer reduseres.Samtidig viste nøyaktigheten av verdiene til friksjonskoeffisienten og trykkfallet en helt annen oppførsel (fig. 2).Rutenett (2) ble brukt som hovednettområde for å evaluere de termisk-hydrauliske egenskapene i det simulerte tilfellet.
Testing av varmeoverføring og trykkfall ytelse uavhengig av mesh ved hjelp av par med DW-rør vridd ved 45° og 90°.
De nåværende numeriske resultatene har blitt validert for varmeoverføringsytelse og friksjonskoeffisient ved å bruke velkjente empiriske korrelasjoner og ligninger som Dittus-Belter, Petukhov, Gnelinsky, Notter-Rouse og Blasius.Sammenligningen ble utført under betingelsen 7000≤Re≤17000.I henhold til fig.3 er gjennomsnittlige og maksimale feil mellom simuleringsresultatene og varmeoverføringsligningen 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 tilfellet er gjennomsnittlig og maksimal feil mellom simuleringsresultatene og friksjonskoeffisientligningen henholdsvis 7,346 % og 8,039 % (Blasius) og 8,117 % og 9,002 % (Petukhov).
Varmeoverføring og hydrodynamiske egenskaper til DW ved forskjellige Reynolds-tall ved bruk av numeriske beregninger og empiriske korrelasjoner.
Denne delen diskuterer de termiske egenskapene til ikke-kovalente (LNP-SDBS) og kovalente (LNP-COOH) vandige nanovæsker ved tre forskjellige massefraksjoner og Reynolds-tall som gjennomsnitt i forhold til basisvæsken (DW).To geometrier av spiralbeltevarmevekslere (helixvinkel 45° og 90°) er diskutert for 7000 ≤ Re ≤ 17000. I fig.4 viser gjennomsnittstemperaturen ved utgangen av nanofluiden inn i basisvæsken (DW) (\(\frac{{{T}_{out}}_{NFs}}{{{T}_{out}}_{ DW } } \)) ved (0,025 vekt%, 0,05 vekt% og 0,1 vekt%).(\(\frac{{{T}_{out}}_{NFs}}{{{T}_{out}}_{DW}}\)) er alltid mindre enn 1, som betyr at utløpstemperaturen er ikke-kovalente (VNP-SDBS) og kovalente (VNP-COOH) nanovæsker er under temperaturen ved utløpet av basisvæsken.Den laveste og høyeste reduksjonen var henholdsvis 0,1 vekt%-COOH@GNPs og 0,1 vekt%-SDBS@GNPs.Dette fenomenet skyldes en økning i Reynolds-tallet ved en konstant massefraksjon, noe som fører til en endring i egenskapene til nanofluiden (det vil si tetthet og dynamisk viskositet).
Figurene 5 og 6 viser de gjennomsnittlige varmeoverføringsegenskapene for nanofluid til basisvæske (DW) ved (0,025 vekt%, 0,05 vekt% og 0,1 vekt%).De gjennomsnittlige varmeoverføringsegenskapene er alltid større enn 1, noe som betyr at varmeoverføringsegenskapene til ikke-kovalente (LNP-SDBS) og kovalente (LNP-COOH) nanovæsker er forbedret sammenlignet med basisvæsken.0,1 vekt%-COOH@GNPs og 0,1 vekt%-SDBS@GNPs oppnådde henholdsvis den laveste og høyeste gevinsten.Når Reynolds-tallet øker på grunn av større væskeblanding og turbulens i røret 1, forbedres varmeoverføringsytelsen.Væsker gjennom små hull når høyere hastigheter, noe som resulterer i et tynnere grenselag for hastighet/varme, som øker varmeoverføringshastigheten.Tilsetning av flere nanopartikler til basisvæsken kan ha både positive og negative resultater.Fordelaktige effekter inkluderer økte nanopartikkelkollisjoner, gunstige krav til fluid termisk ledningsevne og forbedret varmeoverføring.
Varmeoverføringskoeffisient av nanofluid til basevæske avhengig av Reynolds tall for 45° og 90° rør.
Samtidig er en negativ effekt en økning i den dynamiske viskositeten til nanofluiden, noe som reduserer mobiliteten til nanofluiden, og dermed reduserer det gjennomsnittlige Nusselt-tallet (Nuavg).Den økte termiske ledningsevnen til nanofluider (ZNP-SDBS@DW) og (ZNP-COOH@DW) bør skyldes Brownsk bevegelse og mikrokonveksjon av grafennanopartikler suspendert i DW37.Den termiske ledningsevnen til nanofluiden (ZNP-COOH@DV) er høyere enn for nanofluiden (ZNP-SDBS@DV) og destillert vann.Tilsetning av flere nanomaterialer til basisvæsken øker deres varmeledningsevne (tabell 1)38.
Figur 7 illustrerer gjennomsnittlig friksjonskoeffisient for nanofluider med basisvæske (DW) (f(NFs)/f(DW)) i masseprosent (0,025 %, 0,05 % og 0,1 %).Den gjennomsnittlige friksjonskoeffisienten er alltid ≈1, noe som betyr at ikke-kovalente (GNF-SDBS@DW) og kovalente (GNF-COOH@DW) nanovæsker har samme friksjonskoeffisient som basisvæsken.En varmeveksler med mindre plass skaper mer strømningshindringer og øker strømningsfriksjonen1.I utgangspunktet øker friksjonskoeffisienten litt med økende massefraksjon av nanofluiden.De høyere friksjonstapene er forårsaket av den økte dynamiske viskositeten til nanofluiden og den økte skjærspenningen på overflaten med en høyere masseprosent av nanografen i basisvæsken.Tabell (1) viser at den dynamiske viskositeten til nanofluiden (ZNP-SDBS@DV) er høyere enn for nanofluiden (ZNP-COOH@DV) ved samme vektprosent, som er assosiert med tillegg av overflateeffekter.aktive midler på en ikke-kovalent nanovæske.
På fig.8 viser nanovæske sammenlignet med basevæske (DW) (\(\frac{{\Delta P}_{NFs}}{{\Delta P}_{DW}}\)) ved (0,025 %, 0,05 % og 0,1 % ).Den ikke-kovalente (GNPs-SDBS@DW) nanofluiden viste et høyere gjennomsnittlig trykktap, og med en økning i masseprosent til 2,04 % for 0,025 % vekt, 2,46 % for 0,05 % vekt.og 3,44 % for 0,1 % vekt.med kasseforstørrelse (helixvinkel 45° og 90°).I mellomtiden viste nanofluiden (GNPs-COOH@DW) et lavere gjennomsnittlig trykktap, og økte fra 1,31 % ved 0,025 % vekt.opptil 1,65 % ved 0,05 % vekt.Det gjennomsnittlige trykktapet på 0,05 vekt%-COOH@NP og 0,1 vekt%-COOH@NP er 1,65%.Som det fremgår, øker trykkfallet med økende Re-tall i alle tilfeller.Et økt trykkfall ved høye Re-verdier indikeres av en direkte avhengighet av volumstrømmen.Derfor fører et høyere Re-tall i røret til et høyere trykkfall, noe som krever en økning i pumpeeffekt39,40.I tillegg er trykktapene høyere på grunn av den høyere intensiteten av virvler og turbulens generert av det større overflatearealet, noe som øker samspillet mellom trykk- og treghetskrefter i grenselaget1.
Generelt er ytelsesevalueringskriterier (PEC) for ikke-kovalente (VNP-SDBS@DW) og kovalente (VNP-COOH@DW) nanofluider vist i fig.9. Nanofluid (ZNP-SDBS@DV) viste høyere PEC-verdier enn (ZNP-COOH@DV) i begge tilfeller (helixvinkel 45° og 90°) og det ble forbedret ved å øke massefraksjonen, for eksempel 0,025 vekt%.er 1,17, 0,05 vekt% er 1,19 og 0,1 vekt% er 1,26.I mellomtiden var PEC-verdiene ved bruk av nanofluider (GNPs-COOH@DW) 1,02 for 0,025 vekt%, 1,05 for 0,05 vekt%, 1,05 for 0,1 vekt%.i begge tilfeller (helixvinkel 45° og 90°).1.02.Som regel, med en økning i Reynolds-tallet, reduseres den termisk-hydrauliske effektiviteten betydelig.Når Reynolds-tallet øker, er reduksjonen i den termisk-hydrauliske effektivitetskoeffisienten systematisk assosiert med en økning i (NuNFs/NuDW) og en reduksjon i (fNFs/fDW).
Hydrotermiske egenskaper til nanofluider med hensyn til basevæsker avhengig av Reynolds tall for rør med 45° og 90° vinkler.
Denne delen diskuterer de termiske egenskapene til vann (DW), ikke-kovalente (VNP-SDBS@DW) og kovalente (VNP-COOH@DW) nanovæsker ved tre forskjellige massekonsentrasjoner og Reynolds-tall.To varmevekslergeometrier med spiralbelte ble vurdert i området 7000 ≤ Re ≤ 17000 med hensyn til konvensjonelle rør (helixvinkler 45° og 90°) for å evaluere den gjennomsnittlige termisk-hydrauliske ytelsen.På fig.10 viser temperaturen på vann og nanofluider ved utløpet som et gjennomsnitt ved bruk av (helixvinkel 45° og 90°) for et felles rør (\(\frac{{{T}_{out}}_{Twisted}}{{ {T} _{out}}_{Vanlig}}\)).Ikke-kovalente (GNP-SDBS@DW) og kovalente (GNP-COOH@DW) nanofluider har tre forskjellige vektfraksjoner som 0,025 vekt%, 0,05 vekt% og 0,1 vekt%.Som vist i fig.11, gjennomsnittsverdien av utløpstemperaturen (\(\frac{{{T}_{out}}_{Twisted}}{{{T}_{out}}_{Plain}}\)) > 1, som indikerer at (45° og 90° spiralvinkel) temperaturen ved utløpet av varmeveksleren er mer signifikant enn for et konvensjonelt rør, på grunn av den større intensiteten av turbulens og bedre blanding av væsken.I tillegg sank temperaturen ved utløpet av DW, ikke-kovalente og kovalente nanofluider med økende Reynolds-tall.Basevæsken (DW) har den høyeste gjennomsnittlige utløpstemperaturen.I mellomtiden refererer den laveste verdien til 0,1 vekt%-SDBS@GNPs.Ikke-kovalente (GNPs-SDBS@DW) nanofluider viste en lavere gjennomsnittlig utløpstemperatur sammenlignet med kovalente (GNPs-COOH@DW) nanofluider.Siden det vridde båndet gjør strømningsfeltet mer blandet, kan varmefluksen nær veggen lettere passere gjennom væsken, noe som øker den totale temperaturen.Et lavere twist-to-tape-forhold resulterer i bedre penetrering og dermed bedre varmeoverføring.På den annen side kan man se at den rullede tapen holder en lavere temperatur mot veggen, noe som igjen øker Nuavg.For tvinnede tapeinnsatser indikerer en høyere Nuavg-verdi forbedret konvektiv varmeoverføring i røret22.På grunn av den økte strømningsveien og ytterligere blanding og turbulens, øker oppholdstiden, noe som resulterer i en økning i temperaturen på væsken ved utløpet41.
Reynolds antall forskjellige nanofluider i forhold til utløpstemperaturen til konvensjonelle rør (45° og 90° helixvinkler).
Varmeoverføringskoeffisienter (45° og 90° helixvinkel) versus Reynolds-tall for forskjellige nanofluider sammenlignet med konvensjonelle rør.
Hovedmekanismen for forbedret varmeoverføring av spiralbånd er som følger: 1. Redusering av den hydrauliske diameteren til varmevekslerrøret fører til en økning i strømningshastighet og krumning, som igjen øker skjærspenningen ved veggen og fremmer sekundærbevegelse.2. På grunn av blokkering av viklingstapen øker hastigheten ved rørveggen, og tykkelsen på grenselaget avtar.3. Spiralstrøm bak det vridde beltet fører til økt hastighet.4. Induserte virvler forbedrer væskeblandingen mellom de sentrale og nærveggområdene av strømmen42.På fig.11 og fig.12 viser varmeoverføringsegenskapene til for eksempel DW og nanofluider (varmeoverføringskoeffisient og gjennomsnittlig Nusselt-tall) som gjennomsnitt ved bruk av tvunnet tapeinnføringsrør sammenlignet med konvensjonelle rør.Ikke-kovalente (GNP-SDBS@DW) og kovalente (GNP-COOH@DW) nanofluider har tre forskjellige vektfraksjoner som 0,025 vekt%, 0,05 vekt% og 0,1 vekt%.I begge varmevekslerne (45° og 90° helixvinkel) er den gjennomsnittlige varmeoverføringsytelsen >1, noe som indikerer en forbedring i varmeoverføringskoeffisient og gjennomsnittlig Nusselt-tall med kveilrør sammenlignet med konvensjonelle rør.Ikke-kovalente (GNPs-SDBS@DW) nanofluider viste høyere gjennomsnittlig varmeoverføringsforbedring enn kovalente (GNPs-COOH@DW) nanofluider.Ved Re = 900 var forbedringen på 0,1 vekt% i varmeoverføringsytelsen -SDBS@GNPs for de to varmevekslerne (45° og 90° helixvinkel) den høyeste med en verdi på 1,90.Dette betyr at den jevne TP-effekten er viktigere ved lavere væskehastigheter (Reynolds-tall)43 og økende turbulensintensitet.På grunn av introduksjonen av flere virvler, er varmeoverføringskoeffisienten og gjennomsnittlig Nusselt-antall TT-rør høyere enn konvensjonelle rør, noe som resulterer i et tynnere grensesjikt.Øker tilstedeværelsen av HP intensiteten av turbulens, blanding av arbeidsvæskestrømmer og forbedret varmeoverføring sammenlignet med basisrør (uten å sette inn en vridd, vridd tape)21.
Gjennomsnittlig Nusselt-tall (helixvinkel 45° og 90°) versus Reynolds-tall for ulike nanofluider sammenlignet med konvensjonelle rør.
Figurene 13 og 14 viser gjennomsnittlig friksjonskoeffisient (\(\frac{{f}_{Twisted}}{{f}_{Plain}}\)) og trykktap (\(\frac{{\Delta P} _ {Twisted}}{{\Delta P}_{Plain}}\}} ca. 45° og 90° for konvensjonelle rør som bruker DW nanofluider, (GNPs-SDBS@DW) og (GNPs-COOH@DW) ioneveksler inneholder ( 0,025 vekt-%, 0,05 vekt-% og 0,1 vekt-%). { {f}_{Plain} }\)) og trykktap (\(\frac{{ \Delta P}_{Twisted}}{{\Delta P }_{Plain}}\}) fall, friksjonskoeffisienten og trykktapet er høyere ved lavere Reynolds-tall Gjennomsnittlig friksjonskoeffisient og trykktap er mellom 3,78 og 3,12 Den gjennomsnittlige friksjonskoeffisienten og trykktapet viser at (45° helix) vinkel og 90°) varmeveksler koster tre ganger høyere enn konvensjonelle rør.I tillegg, når arbeidsfluidet strømmer med høyere hastighet, reduseres friksjonskoeffisienten. Problemet oppstår fordi når Reynolds-tallet øker, vil tykkelsen på grenselaget avtar, noe som fører til en reduksjon i effekten av dynamisk viskositet på det berørte området, en reduksjon i hastighetsgradienter og skjærspenninger og følgelig en reduksjon i friksjonskoeffisienten21.Den forbedrede blokkeringseffekten på grunn av tilstedeværelsen av TT og den økte virvlen resulterer i betydelig høyere trykktap for heterogene TT-rør enn for basisrør.I tillegg, for både basisrøret og TT-røret, kan man se at trykkfallet øker med hastigheten til arbeidsvæsken43.
Friksjonskoeffisient (45° og 90° helixvinkel) kontra Reynolds tall for ulike nanofluider sammenlignet med konvensjonelle rør.
Trykktap (45° og 90° helixvinkel) som en funksjon av Reynolds tall for ulike nanofluider i forhold til et konvensjonelt rør.
Oppsummert viser figur 15 ytelsesevalueringskriterier (PEC) for varmevekslere med 45° og 90° vinkler sammenlignet med vanlige rør (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}} \ )) i (0,025 vekt%, 0,05 vekt% og 0,1 vekt%) ved bruk av DV, (VNP-SDBS@DV) og kovalente (VNP-COOH@DV) nanofluider.Verdien (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) > 1 i begge tilfeller (45° og 90° helixvinkel) i varmeveksleren.I tillegg når (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) sin beste verdi ved Re = 11 000.90° varmeveksleren viser en liten økning i (\ (\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) sammenlignet med en 45° varmeveksler., Ved Re = 11 000 0,1 wt%-GNPs@SDBS representerer høyere (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) verdier, f.eks. 1,25 for 45° varmevekslerhjørne og 1,27 for 90° hjørnevarmeveksler.Det er større enn én på alle prosenter av massefraksjonen, noe som indikerer at rør med tvunnet tapeinnlegg er overlegne konvensjonelle rør.Spesielt resulterte den forbedrede varmeoverføringen fra tapeinnsatsene i en betydelig økning i friksjonstap22.
Effektivitetskriterier for Reynolds antall ulike nanofluider i forhold til konvensjonelle rør (45° og 90° helixvinkel).
Vedlegg A viser strømlinjer for 45° og 90° varmevekslere ved Re = 7000 ved bruk av DW, 0,1 wt%-GNP-SDBS@DW og 0,1 wt%-GNP-COOH@DW.Strømlinjene i tverrplanet er det mest slående trekk ved effekten av vridde båndinnsatser på hovedstrømmen.Bruken av 45° og 90° varmevekslere viser at hastigheten i nærveggområdet er omtrent den samme.I mellomtiden viser vedlegg B hastighetskonturene for 45° og 90° varmevekslere ved Re = 7000 ved bruk av DW, 0,1 wt%-GNP-SDBS@DW og 0,1 wt%-GNP-COOH@DW.Hastighetsløkkene er på tre forskjellige steder (skiver), for eksempel Plain-1 (P1 = −30 mm), Plain-4 (P4 = 60 mm) og Plain-7 (P7 = 150 mm).Strømningshastigheten nær rørveggen er lavest og væskehastigheten øker mot midten av røret.I tillegg, når du passerer gjennom luftkanalen, øker området med lave hastigheter nær veggen.Dette skyldes veksten av det hydrodynamiske grenselaget, som øker tykkelsen på lavhastighetsområdet nær veggen.I tillegg øker økningen av Reynolds-tallet det totale hastighetsnivået i alle tverrsnitt, og reduserer derved tykkelsen på lavhastighetsområdet i kanalen39.
Kovalent og ikke-kovalent funksjonaliserte grafen nanoark ble evaluert i vridd tape-innlegg med spiralvinkler på 45° og 90°.Varmeveksleren løses numerisk ved bruk av SST k-omega turbulensmodellen ved 7000 ≤ Re ≤ 17000. De termofysiske egenskapene er beregnet til Tin = 308 K. Varm opp den vridde rørveggen samtidig ved en konstant temperatur på 330 K. COOH@DV) ble fortynnet i tre massemengder, for eksempel (0,025 vekt%, 0,05 vekt% og 0,1 vekt%).Den nåværende studien vurderte seks hovedfaktorer: utløpstemperatur, varmeoverføringskoeffisient, gjennomsnittlig Nusselt-tall, friksjonskoeffisient, trykktap og kriterier for ytelsesevaluering.Her er hovedfunnene:
Den gjennomsnittlige utløpstemperaturen (\({{T}_{out}}_{Nanofluids}\)/\({{T}_{out}}_{Basefluid}\)) er alltid mindre enn 1, noe som betyr at ikke-spredning Utløpstemperaturen for valens (ZNP-SDBS@DV) og kovalente (ZNP-COOH@DV) nanovæsker er lavere enn for basisvæsken.I mellomtiden er den gjennomsnittlige utløpstemperaturen (\({{T}_{out}}_{Twisted}\)/\({{T}_{out}}_{Plain}\))-verdi > 1, som indikerer faktum at (45° og 90° helixvinkel) er utløpstemperaturen høyere enn med konvensjonelle rør.
I begge tilfeller viser gjennomsnittsverdiene for varmeoverføringsegenskapene (nanofluid/basevæske) og (twisted tube/normal tube) alltid >1.Ikke-kovalente (GNPs-SDBS@DW) nanofluider viste en høyere gjennomsnittlig økning i varmeoverføring, tilsvarende kovalente (GNPs-COOH@DW) nanofluider.
Den gjennomsnittlige friksjonskoeffisienten (\({f}_{Nanofluids}/{f}_{Basefluid}\)) for ikke-kovalente (VNP-SDBS@DW) og kovalente (VNP-COOH@DW) nanovæsker er alltid ≈1 .friksjon av ikke-kovalente (ZNP-SDBS@DV) og kovalente (ZNP-COOH@DV) nanovæsker (\({f}_{Twisted}/{f}_{Plain}\)) for alltid > 3.
I begge tilfeller (45° og 90° helixvinkel) viste nanofluidene (GNPs-SDBS@DW) høyere (\({\Delta P}_{Nanofluids}/{\Delta P}_{Basefluid}\)) 0,025 vekt % for 2,04 %, 0,05 vekt % for 2,46 % og 0,1 vekt % for 3,44 %.I mellomtiden viste (GNPs-COOH@DW) nanofluider lavere (\({\Delta P}_{Nanofluids}/{\Delta P}_{Basefluid}\)) fra 1,31 % for 0,025 vekt% til 1,65 % er 0,05 % av vekt.I tillegg er det gjennomsnittlige trykktapet (\({\Delta P}_{Twisted}/{\Delta P}_{Plain}\) av ikke-kovalente (GNPs-SDBS@DW) og kovalente (GNPs-COOH@DW) ))) nanofluider alltid >3.
I begge tilfeller (45° og 90° helixvinkler) viste nanofluidene (GNPs-SDBS@DW) en høyere (\({PEC}_{Nanofluids}/{PEC} _{Basefluid}\)) @DW-verdi) 0,025 vekt% - 1,17, 0,05 vekt% - 1,19, 0,1 vekt% - 1,26.I dette tilfellet er verdiene for (\({PEC}_{Nanofluids}/{PEC}_{Basefluid}\)) ved bruk av (GNPs-COOH@DW) nanofluider 1,02 for 0,025 vekt%, 1,05 for 0 , 05 vekt.% og 1,02 er 0,1 vekt%.I tillegg, ved Re = 11 000, viste 0,1 vekt%-GNPs@SDBS høyere verdier (\({PEC}_{Twisted}/{PEC}_{Plain}\)), slik som 1,25 for 45° helixvinkel og 90° helixvinkel 1,27.
Thianpong, C. et al.Flerbruksoptimalisering av nanofluid titandioksid/vannstrøm i varmeveksleren, forsterket av vridd tape-innlegg med deltavinger.intern J. Hot.vitenskapen.172, 107318 (2022).
Langerudi, HG og Jawaerde, C. Eksperimentell studie av ikke-newtonsk væskestrøm i belg innsatt med typiske og V-formede vridd tape.Heat and Mass Transfer 55, 937–951 (2019).
Dong, X. et al.Eksperimentell studie av varmeoverføringsegenskapene og strømningsmotstanden til en spiralvridet rørformet varmeveksler [J].Påføringstemperatur.prosjekt.176, 115397 (2020).
Yongsiri, K., Eiamsa-Ard, P., Wongcharee, K. & Eiamsa-Ard, SJCS Forbedret varmeoverføring i turbulent kanalstrøm med skrå skillefinner.aktuell forskning.temperatur.prosjekt.3, 1–10 (2014).