304 nerūsējošā tērauda tinumu cauruļu ķīmiskā sastāvdaļa, kovalenti un nekovalenti funkcionalizētu grafēna nanoloksņu termodinamiskā analīze apaļās caurulēs, kas aprīkotas ar turbulatoriem

Paldies, ka apmeklējāt vietni Nature.com.Jūs izmantojat pārlūkprogrammas versiju ar ierobežotu CSS atbalstu.Lai nodrošinātu vislabāko pieredzi, ieteicams izmantot atjauninātu pārlūkprogrammu (vai atspējot saderības režīmu pārlūkprogrammā Internet Explorer).Turklāt, lai nodrošinātu pastāvīgu atbalstu, mēs rādām vietni bez stiliem un JavaScript.
Slīdņi, kas parāda trīs rakstus katrā slaidā.Izmantojiet pogas Atpakaļ un Nākamais, lai pārvietotos pa slaidiem, vai slaidu kontrollera pogas beigās, lai pārvietotos pa katru slaidu.

304 10*1mm nerūsējošā tērauda tinuma caurules Ķīnā

Izmērs: 3/4 collas, 1/2 collas, 1 collas, 3 collas, 2 collas

Vienības caurules garums: 6 metri

Tērauda klase: 201, 304 UN 316

Pakāpe: 201, 202, 304, 316, 304L, 316 L,

Materiāls: nerūsējošais tērauds

Stāvoklis: Jauns

Kovalentos un nekovalentos nanofluīdus pārbaudīja apaļās caurulēs, kas aprīkotas ar savītām lentes ieliktņiem ar spirāles leņķiem 45 ° un 90 °.Reinoldsa skaitlis bija 7000 ≤ Re ≤ 17000, termofizikālās īpašības novērtētas pie 308 K. Fizikālais modelis tiek atrisināts skaitliski, izmantojot divu parametru turbulentās viskozitātes modeli (SST k-omega turbulence).Darbā tika ņemtas vērā nanofluīdu ZNP-SDBS@DV un ZNP-COOH@DV koncentrācijas (0,025 mas.%, 0.05 mas.% un 0.1 mas.%).Vītā cauruļu sienas tiek uzkarsētas nemainīgā 330 K temperatūrā. Pašreizējā pētījumā tika ņemti vērā seši parametri: izplūdes temperatūra, siltuma pārneses koeficients, vidējais Nuselta skaitlis, berzes koeficients, spiediena zudumi un veiktspējas novērtēšanas kritēriji.Abos gadījumos (spirāles leņķis 45 ° un 90 °) ZNP-SDBS @ DV nanofluīds uzrādīja augstākas termiski hidrauliskās īpašības nekā ZNP-COOH @ DV, un tas palielinājās, palielinoties masas daļai, piemēram, 0, 025 masas., un 0,05 mas.ir 1.19.% un 1,26 – 0,1 masas %.Abos gadījumos (spirāles leņķis 45° un 90°) termodinamisko raksturlielumu vērtības, lietojot GNP-COOH@DW, ir 1,02 0,025 % mas., 1,05 0,05 % mas.un 1,02 par 0,1 svara %.
Siltummainis ir termodinamiska ierīce 1, ko izmanto siltuma pārnesei dzesēšanas un sildīšanas laikā.Siltummaiņa termohidrauliskās īpašības uzlabo siltuma pārneses koeficientu un samazina darba šķidruma pretestību.Ir izstrādātas vairākas metodes, lai uzlabotu siltuma pārnesi, tostarp turbulences pastiprinātājus2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 un nanofluīdus12,13,14,15.Vītā lentes ievietošana ir viena no veiksmīgākajām metodēm siltuma pārneses uzlabošanai siltummaiņos, pateicoties tās vienkāršai apkopei un zemām izmaksām7,16.
Eksperimentālo un skaitļošanas pētījumu sērijā tika pētītas nanofluīdu un siltummaiņu maisījumu ar vītā lentes ieliktņiem hidrotermālās īpašības.Eksperimentālā darbā trīs dažādu metālisku nanofluīdu (Ag@DW, Fe@DW un Cu@DW) hidrotermālās īpašības tika pētītas adatas savītās lentes (STT) siltummainī17.Salīdzinot ar pamatcauruli, STT siltuma caurlaidības koeficients ir uzlabots par 11% un 67%.SST izkārtojums ir labākais no ekonomiskā viedokļa efektivitātes ziņā ar parametru α = β = 0,33.Turklāt, lietojot Ag@DW, tika novērots n pieaugums par 18,2%, lai gan maksimālais spiediena zuduma pieaugums bija tikai 8,5%.Siltuma pārneses un spiediena zuduma fizikālie procesi koncentriskās caurulēs ar un bez tinuma turbulatoriem tika pētīti, izmantojot Al2O3@DW nanofluīda turbulentās plūsmas ar piespiedu konvekciju.Maksimālais vidējais Nuselta skaitlis (Nuavg) un spiediena zudums tiek novērots pie Re = 20 000, kad spoles solis = 25 mm un Al2O3@DW nanofluids 1,6 tilp.%.Ir veikti arī laboratorijas pētījumi, lai izpētītu grafēna oksīda nanofluīdu (GO@DW) siltuma pārneses un spiediena zuduma raksturlielumus, kas plūst caur gandrīz apaļām caurulēm ar tualetes ieliktņiem.Rezultāti parādīja, ka 0,12 vol%-GO@DW palielināja konvektīvās siltuma pārneses koeficientu par aptuveni 77%.Citā eksperimentālā pētījumā tika izstrādāti nanofluīdi (TiO2@DW), lai pētītu ar savītām lentes ieliktņiem aprīkotu cauruļu termiski hidrauliskās īpašības20.Maksimālā hidrotermiskā efektivitāte 1,258 tika sasniegta, izmantojot 0,15 tilpuma% TiO2@DW, kas iestrādāts 45° slīpās šahtās ar pagrieziena koeficientu 3,0.Vienfāzes un divfāžu (hibrīdā) simulācijas modeļos ir ņemta vērā CuO@DW nanofluīdu plūsma un siltuma pārnese dažādās cietvielu koncentrācijās (1–4 % tilp.%)21.Maksimālā termiskā efektivitāte caurulei, kas ievietota ar vienu savītu lenti, ir 2,18, un caurulei, kas ievietota ar divām savītām lentēm vienādos apstākļos, ir 2,04 (divfāžu modelis, Re = 36 000 un 4 tilp.%).Tika pētīta karboksimetilcelulozes (CMC) un vara oksīda (CuO) ne-Ņūtona turbulentā nanofluīda plūsma maģistrālajās caurulēs un caurulēs ar savītiem ieliktņiem.Nuavg uzrāda uzlabojumu par 16,1% (maģistrālajam cauruļvadam) un 60% (spolētajam cauruļvadam ar attiecību (H/D = 5)).Parasti zemāka vērpjuma un lentes attiecība rada augstāku berzes koeficientu.Eksperimentālā pētījumā tika pētīta cauruļu ar vītā lenti (TT) un spolēm (VC) ietekme uz siltuma pārneses īpašībām un berzes koeficientu, izmantojot CuO@DW nanofluīdus.Izmantojot 0,3 tilp.%CuO@DW pie Re = 20 000 ļauj palielināt siltuma pārnesi VK-2 caurulē līdz maksimālajai vērtībai 44,45%.Turklāt, izmantojot vītā pāra kabeli un spoles ieliktni vienādos robežnosacījumos, berzes koeficients palielinās par koeficientiem 1,17 un 1,19, salīdzinot ar DW.Kopumā spolēs ievietoto nanofluīdu termiskā efektivitāte ir labāka nekā nanošķidrumiem, kas ievietoti savītajos vados.Turbulentas (MWCNT@DW) nanofluīda plūsmas tilpuma raksturlielumi tika pētīti horizontālā caurulē, kas ievietota spirālveida stieplē.Siltuma veiktspējas parametri visos gadījumos bija > 1, kas liecina, ka nanofluidikas kombinācija ar spoles ieliktni uzlabo siltuma pārnesi, nepatērējot sūkņa jaudu.Kopsavilkums — Divu cauruļu siltummaiņa ar dažādiem ieliktņiem, kas izgatavoti no modificētas vītā-vītā V-veida lentes (VcTT), hidrotermālās īpašības ir pētītas Al2O3 + TiO2@DW nanofluīda turbulentas plūsmas apstākļos.Salīdzinot ar DW bāzes caurulēs, Nuavg ir ievērojams uzlabojums par 132% un berzes koeficients līdz 55%.Turklāt tika apspriesta Al2O3+TiO2@DW nanokompozīta energoefektivitāte divu cauruļu siltummainī26.Savā pētījumā viņi atklāja, ka Al2O3 + TiO2@DW un TT izmantošana uzlaboja ekserģijas efektivitāti salīdzinājumā ar DW.Koncentriskos cauruļveida siltummaiņos ar VcTT turbulatoriem Singh un Sarkar27 izmantoja fāzes maiņas materiālus (PCM), izkliedētus atsevišķus/nanokompozītu nanofluīdus (Al2O3@DW ar PCM un Al2O3 + PCM).Viņi ziņoja, ka siltuma pārnese un spiediena zudumi palielinās, samazinoties pagrieziena koeficientam un palielinoties nanodaļiņu koncentrācijai.Lielāks V veida roba dziļuma koeficients vai mazāks platuma koeficients var nodrošināt lielāku siltuma pārnesi un spiediena zudumus.Turklāt grafēns-platīns (Gr-Pt) ir izmantots, lai izpētītu siltumu, berzi un kopējo entropijas ģenerēšanas ātrumu caurulēs ar 2-TT28 ieliktņiem.Viņu pētījums parādīja, ka mazāks procents (Gr-Pt) ievērojami samazināja siltuma entropijas veidošanos, salīdzinot ar salīdzinoši augstāku berzes entropijas attīstību.Jauktos Al2O3@MgO nanofluīdus un konisko WC var uzskatīt par labu maisījumu, jo palielināta attiecība (h/Δp) var uzlabot divu cauruļu siltummaiņa hidrotermisko veiktspēju 29 .Skaitliskais modelis tiek izmantots, lai novērtētu siltummaiņu energotaupības un ekoloģiskos raksturlielumus ar dažādiem trīsdaļīgiem hibrīda nanofluīdiem (THNF) (Al2O3 + grafēns + MWCNT), kas suspendēti DW30.Tā kā veiktspējas novērtēšanas kritēriji (PEC) ir diapazonā no 1,42 līdz 2,35, ir nepieciešama nospiesta savīta turbulizatora ieliktņa (DTTI) un (Al2O3 + grafēns + MWCNT) kombinācija.
Līdz šim maz uzmanības ir pievērsts kovalentās un nekovalentās funkcionalizācijas lomai hidrodinamiskajā plūsmā termiskajos šķidrumos.Šī pētījuma īpašais mērķis bija salīdzināt nanofluīdu (ZNP-SDBS@DV) un (ZNP-COOH@DV) termiski hidrauliskās īpašības savītās lentes ieliktņos ar spirāles leņķiem 45° un 90°.Termofizikālās īpašības tika mērītas pie Alvas = 308 K. Šajā gadījumā salīdzināšanas procesā tika ņemtas vērā trīs masas daļas, piemēram, (0,025 mas.%, 0.05 mas.% un 0.1 mas.%).Bīdes sprieguma pārnese 3D turbulentās plūsmas modelī (SST k-ω) tiek izmantota termiski hidraulisko raksturlielumu risināšanai.Tādējādi šis pētījums sniedz būtisku ieguldījumu pozitīvo īpašību (siltuma pārneses) un negatīvo īpašību (spiediena krituma uz berzi) izpētē, demonstrējot reālo darba šķidrumu termohidrauliskās īpašības un optimizāciju šādās inženiersistēmās.
Pamatkonfigurācija ir gluda caurule (L = 900 mm un Dh = 20 mm).Ievietotās savītās lentes izmēri (garums = 20 mm, biezums = 0,5 mm, profils = 30 mm).Šajā gadījumā spirālveida profila garums, platums un gājiens bija attiecīgi 20 mm, 0,5 mm un 30 mm.Vītās lentes ir noliektas 45° un 90° leņķī.Dažādi darba šķidrumi, piemēram, DW, nekovalentie nanofluīdi (GNF-SDBS@DW) un kovalentie nanofluīdi (GNF-COOH@DW) pie Tin = 308 K, trīs dažādas masas koncentrācijas un dažādi Reinoldsa skaitļi.Pārbaudes tika veiktas siltummaiņa iekšpusē.Spirālveida caurules ārējā siena tika uzkarsēta nemainīgā virsmas temperatūrā 330 K, lai pārbaudītu siltuma pārneses uzlabošanas parametrus.
Uz att.1 shematiski parādīta savīta lentes ievietošanas caurule ar piemērojamiem robežnosacījumiem un sieta laukumu.Kā minēts iepriekš, ātruma un spiediena robežnosacījumi attiecas uz spirāles ieplūdes un izplūdes daļām.Pie nemainīgas virsmas temperatūras caurules sienai tiek uzlikts neslīdošs nosacījums.Pašreizējā skaitliskā simulācija izmanto uz spiedienu balstītu risinājumu.Tajā pašā laikā tiek izmantota programma (ANSYS FLUENT 2020R1), lai pārveidotu daļēju diferenciālvienādojumu (PDE) algebrisko vienādojumu sistēmā, izmantojot ierobežotā apjoma metodi (FMM).Otrās kārtas SIMPLE metode (daļēji implicīta metode secīgiem no spiediena atkarīgiem vienādojumiem) ir saistīta ar ātrumu-spiedienu.Jāuzsver, ka masas, impulsa un enerģijas vienādojuma atlikumu konverģence ir attiecīgi mazāka par 103 un 106.
p Fizikālo un skaitļošanas jomu diagramma: (a) spirāles leņķis 90°, (b) spirāles leņķis 45°, (c) nav spirāles lāpstiņas.
Lai izskaidrotu nanofluīdu īpašības, tiek izmantots viendabīgs modelis.Iekļaujot nanomateriālus bāzes šķidrumā (DW), veidojas nepārtraukts šķidrums ar izcilām termiskām īpašībām.Šajā sakarā bāzes šķidruma un nanomateriāla temperatūrai un ātrumam ir vienāda vērtība.Pateicoties iepriekšminētajām teorijām un pieņēmumiem, šajā pētījumā darbojas efektīva vienfāzes plūsma.Vairāki pētījumi ir pierādījuši vienfāzes metožu efektivitāti un pielietojamību nanofluidiskajai plūsmai31,32.
Nanofluīdu plūsmai jābūt Ņūtona turbulentai, nesaspiežamai un nekustīgai.Kompresijas darbam un viskozā apkure šajā pētījumā nav nozīmes.Turklāt netiek ņemts vērā caurules iekšējo un ārējo sienu biezums.Tāpēc masas, impulsa un enerģijas saglabāšanas vienādojumus, kas nosaka termisko modeli, var izteikt šādi:
kur \(\overrightarrow{V}\) ir vidējā ātruma vektors, Keff = K + Kt ir kovalento un nekovalento nanofluīdu efektīvā siltumvadītspēja, un ε ir enerģijas izkliedes ātrums.Nanofluīdu efektīvās termofizikālās īpašības, tostarp blīvums (ρ), viskozitāte (μ), īpatnējā siltumietilpība (Cp) un siltumvadītspēja (k), kas parādītas tabulā, tika izmērītas eksperimentālā pētījuma laikā 308 K1 temperatūrā, kad tos izmantoja. šajos simulatoros.
Turbulentās nanofluīda plūsmas skaitliskās simulācijas parastajās un TT caurulēs tika veiktas pie Reinoldsa skaitļiem 7000 ≤ Re ≤ 17 000. Šīs simulācijas un konvektīvās siltuma pārneses koeficienti tika analizēti, izmantojot Mentora κ-ω turbulences modeli bīdes sprieguma pārnešanai (SST), kas vidēji aprēķināts pēc Reynolds turbulences. modelis Navier-Stokes, ko parasti izmanto aerodinamikas pētījumos.Turklāt modelis darbojas bez sienas funkcijas un ir precīzs pie sienām 35,36.(SST) κ-ω, kas regulē turbulences modeļa vienādojumi, ir šādi:
kur \(S\) ir deformācijas ātruma vērtība un \(y\) ir attālums līdz blakus esošajai virsmai.Tikmēr \({\alpha}_{1}\), \({\alpha}_{2}\), \({\beta}_{1}\), \({\beta}_{ 2 }\), \({\beta}^{*}\), \({\sigma}_{{k}_{1}}\), \({\sigma}_{{k}_{ 2 }}\), \({\sigma}_{{\omega}_{1}}\) un \({\sigma}_{{\omega}_{2}}\) apzīmē visas modeļa konstantes.F1 un F2 ir jauktas funkcijas.Piezīme: F1 = 1 robežslānī, 0 tuvojošā plūsmā.
Veiktspējas novērtēšanas parametri tiek izmantoti, lai pētītu turbulentu konvektīvo siltuma pārnesi, kovalento un nekovalento nanofluīda plūsmu, piemēram31:
Šajā kontekstā blīvumam, šķidruma ātrumam tiek izmantoti (\(\rho\)), (\(v\)), (\({D}_{h}\)) un (\(\mu\)). , hidrauliskais diametrs un dinamiskā viskozitāte.(\({C}_{p}\, \mathrm{u}\, k\)) – plūstošā šķidruma īpatnējā siltumietilpība un siltumvadītspēja.Turklāt (\(\dot{m}\)) attiecas uz masas plūsmu un (\({T}_{out}-{T}_{in}\))) attiecas uz ieplūdes un izplūdes temperatūras starpību.(NF) attiecas uz kovalentiem, nekovalentiem nanofluīdiem, un (DW) attiecas uz destilētu ūdeni (bāzes šķidrumu).\({A}_{s} = \pi DL\), \({\overline{T}}_{f}=\frac{\left({T}_{out}-{T}_{in }\right)}{2}\) un \({\overline{T}}_{w}=\sum \frac{{T}_{w}}{n}\).
Bāzes šķidruma (DW), nekovalentā nanofluīda (GNF-SDBS@DW) un kovalentā nanofluīda (GNF-COOH@DW) termofizikālās īpašības tika ņemtas no publicētās literatūras (eksperimentālie pētījumi), Sn = 308 K, kā 134. tabulā parādīts. Tipiskā eksperimentā, lai iegūtu nekovalentu (GNP-SDBS@DW) nanofluīdu ar zināmiem masas procentiem, noteikti primāro GNP grami sākotnēji tika nosvērti uz digitālajiem svariem.SDBS/vietējā NKP svara attiecība ir (0,5:1) svērta DW.Šajā gadījumā kovalentie (COOH-GNP@DW) nanofluīdi tika sintezēti, pievienojot karboksilgrupas GNP virsmai, izmantojot stipri skābu vidi ar HNO3 un H2SO4 tilpuma attiecību (1:3).Kovalentie un nekovalentie nanofluīdi tika suspendēti DW trīs dažādos svara procentos, piemēram, 0, 025 masas%, 0, 05 masas%.un 0,1% no masas.
Tīkla neatkarības testi tika veikti četros dažādos skaitļošanas domēnos, lai nodrošinātu, ka acs izmērs neietekmē simulāciju.45° vērpes caurules gadījumā vienību skaits ar vienības izmēru 1,75 mm ir 249 033, vienību skaits ar vienības izmēru 2 mm ir 307 969, agregātu skaits ar vienības izmēru 2,25 mm ir 421 406 un vienību skaits. ar vienības izmēru attiecīgi 2 ,5 mm 564 940.Turklāt 90° vītā caurules piemērā elementu skaits ar 1,75 mm elementa izmēru ir 245 531, elementu skaits ar 2 mm elementa izmēru ir 311 584, elementu skaits ar elementa izmēru 2,25 mm 422 708, un elementu skaits ar elementa izmēru 2,5 mm ir attiecīgi 573 826.Termisko īpašību rādījumu, piemēram, (Tout, htc un Nuavg), precizitāte palielinās, samazinoties elementu skaitam.Tajā pašā laikā berzes koeficienta un spiediena krituma vērtību precizitāte uzrādīja pavisam citu uzvedību (2. att.).Režģis (2) tika izmantots kā galvenā režģa zona, lai novērtētu termohidrauliskās īpašības simulētajā gadījumā.
Siltuma pārneses un spiediena krituma veiktspējas pārbaude neatkarīgi no sieta, izmantojot DW cauruļu pārus, kas savīti 45° un 90° leņķī.
Pašreizējie skaitliskie rezultāti ir apstiprināti siltuma pārneses veiktspējai un berzes koeficientam, izmantojot labi zināmas empīriskās korelācijas un vienādojumus, piemēram, Dittus-Belter, Petuhov, Gnelinsky, Notter-Rouse un Blasius.Salīdzinājums tika veikts ar nosacījumu 7000≤Re≤17000.Saskaņā ar att.3, vidējā un maksimālā kļūda starp simulācijas rezultātiem un siltuma pārneses vienādojumu ir 4,050 un 5,490% (Dittus-Belter), 9,736 un 11,33% (Petuhovs), 4,007 un 7,483% (Gnelinsky) un 3,883% (4,893% un 7). Nott-Belter).Roze).Šajā gadījumā vidējā un maksimālā kļūda starp simulācijas rezultātiem un berzes koeficienta vienādojumu ir attiecīgi 7,346% un 8,039% (Blasius) un 8,117% un 9,002% (Petuhova).
DW siltuma pārneses un hidrodinamiskās īpašības pie dažādiem Reinoldsa skaitļiem, izmantojot skaitliskos aprēķinus un empīriskās korelācijas.
Šajā sadaļā ir apskatītas nekovalento (LNP-SDBS) un kovalento (LNP-COOH) ūdens nanofluīdu termiskās īpašības trīs dažādās masas daļās un Reinoldsa skaitļi kā vidējie rādītāji attiecībā pret bāzes šķidrumu (DW).Aplūkotas divas lentes siksnas siltummaiņu ģeometrijas (spirāles leņķis 45° un 90°) 7000 ≤ Re ≤ 17000. Attēlā.4 parāda vidējo temperatūru pie nanofluīda izejas bāzes šķidrumā (DW) (\(\frac{{{T}_{out}}_{NFs}}{{{T}_{out}}_{ DW } } \) ) pie (0,025 % mas., 0.05 % mas. un 0.1 % mas.).(\(\frac{{{T}_{out}}_{NFs}}{{{T}_{out}}_{DW}}\))) vienmēr ir mazāks par 1, kas nozīmē, ka izplūdes temperatūra ir nekovalenti (VNP-SDBS) un kovalentie (VNP-COOH) nanofluīdi ir zemāki par temperatūru bāzes šķidruma izejā.Vismazākais un augstākais samazinājums bija attiecīgi 0,1 masas%COOH@GNP un 0,1 masas% SDBS@GNP.Šī parādība ir saistīta ar Reinoldsa skaitļa palielināšanos nemainīgā masas daļā, kas izraisa nanofluīda īpašību (tas ir, blīvuma un dinamiskās viskozitātes) izmaiņas.
5. un 6. attēlā parādīti nanofluīda un bāzes šķidruma (DW) vidējie siltuma pārneses raksturlielumi (0,025 mas.%, 0.05 mas.% un 0.1 mas.%).Vidējās siltuma pārneses īpašības vienmēr ir lielākas par 1, kas nozīmē, ka nekovalento (LNP-SDBS) un kovalento (LNP-COOH) nanofluīdu siltuma pārneses īpašības ir uzlabotas salīdzinājumā ar bāzes šķidrumu.0,1 masas% COOH@GNP un 0,1 masas% SDBS@GNP sasniedza attiecīgi zemāko un lielāko pieaugumu.Kad Reinoldsa skaitlis palielinās sakarā ar lielāku šķidruma sajaukšanos un turbulenci caurulē 1, siltuma pārneses veiktspēja uzlabojas.Šķidrumi caur mazām spraugām sasniedz lielāku ātrumu, kā rezultātā veidojas plānāks ātruma/siltuma robežslānis, kas palielina siltuma pārneses ātrumu.Pievienojot bāzes šķidrumam vairāk nanodaļiņu, var būt gan pozitīvi, gan negatīvi rezultāti.Labvēlīgā ietekme ietver palielinātas nanodaļiņu sadursmes, labvēlīgas šķidruma siltumvadītspējas prasības un uzlabotu siltuma pārnesi.
Nanofluīda siltuma pārneses koeficients uz bāzes šķidrumu atkarībā no Reinoldsa skaitļa 45° un 90° caurulēm.
Tajā pašā laikā negatīva ietekme ir nanofluīda dinamiskās viskozitātes palielināšanās, kas samazina nanofluīda mobilitāti, tādējādi samazinot vidējo Nuselta skaitli (Nuavg).Nanofluīdu (ZNP-SDBS@DW) un (ZNP-COOH@DW) paaugstinātajai siltumvadītspējai vajadzētu būt saistītai ar Brauna kustību un DW37 suspendēto grafēna nanodaļiņu mikrokonvekciju.Nanofluīda (ZNP-COOH@DV) siltumvadītspēja ir augstāka nekā nanofluīdam (ZNP-SDBS@DV) un destilētam ūdenim.Bāzes šķidrumam pievienojot vairāk nanomateriālu, palielinās to siltumvadītspēja (1. tabula)38.
7. attēlā ir parādīts vidējais nanofluīdu berzes koeficients ar bāzes šķidrumu (DW) (f(NFs)/f(DW)) masas procentos (0,025%, 0,05% un 0,1%).Vidējais berzes koeficients vienmēr ir ≈1, kas nozīmē, ka nekovalentiem (GNF-SDBS@DW) un kovalentiem (GNF-COOH@DW) nanofluīdiem ir tāds pats berzes koeficients kā bāzes šķidrumam.Siltummainis ar mazāku telpu rada lielāku plūsmas šķēršļu un palielina plūsmas berzi1.Būtībā berzes koeficients nedaudz palielinās, palielinoties nanofluīda masas daļai.Lielākus berzes zudumus izraisa palielināta nanofluīda dinamiskā viskozitāte un palielināts bīdes spriegums uz virsmas ar lielāku nanografēna masas procentuālo daudzumu bāzes šķidrumā.(1) tabulā parādīts, ka nanofluīda (ZNP-SDBS@DV) dinamiskā viskozitāte ir augstāka nekā nanofluīda (ZNP-COOH@DV) tādā pašā svara procentā, kas ir saistīts ar virsmas efektu pievienošanu.aktīvās vielas uz nekovalenta nanofluīda.
Uz att.8. attēlā ir parādīts nanofluīds salīdzinājumā ar bāzes šķidrumu (DW) (\(\frac{{\Delta P}_{NFs}}{{\Delta P}_{DW}}\)) (0,025%, 0,05% un 0,1% ).Nekovalentais (GNPs-SDBS@DW) nanofluīds uzrādīja lielāku vidējo spiediena zudumu un masas procentuālo pieaugumu līdz 2,04% 0,025% masas gadījumā, 2,46% 0,05% svaram.un 3,44% par 0,1% masas.ar korpusa palielinājumu (spirāles leņķis 45° un 90°).Tikmēr nanofluīds (GNPs-COOH@DW) uzrādīja zemāku vidējo spiediena zudumu, palielinoties no 1,31% pie 0,025% masas.līdz 1,65 % pie 0,05 % masas.Vidējais spiediena zudums 0,05 % COOH@NP un 0,1 % COOH@NP ir 1,65%.Kā redzams, visos gadījumos spiediena kritums palielinās, palielinoties Re skaitam.Par paaugstinātu spiediena kritumu pie augstām Re vērtībām norāda tieša atkarība no tilpuma plūsmas.Tāpēc lielāks Re skaitlis caurulē izraisa lielāku spiediena kritumu, kas prasa palielināt sūkņa jaudu39,40.Turklāt spiediena zudumi ir lielāki, jo ir lielāka virpuļu un turbulences intensitāte, ko rada lielāks virsmas laukums, kas palielina spiediena un inerces spēku mijiedarbību robežslānī1.
Kopumā veiktspējas novērtēšanas kritēriji (PEC) nekovalentiem (VNP-SDBS@DW) un kovalentiem (VNP-COOH@DW) nanofluīdiem ir parādīti 1.9. Nanofluīds (ZNP-SDBS@DV) uzrādīja augstākas PEC vērtības nekā (ZNP-COOH@DV) abos gadījumos (spirāles leņķis 45° un 90°), un tas tika uzlabots, palielinot masas daļu, piemēram, 0,025. masas %.ir 1,17, 0,05 masas % ir 1,19 un 0,1 masas % ir 1,26.Tikmēr PEC vērtības, izmantojot nanofluīdus (GNPs-COOH@DW), bija 1,02 — 0,025 masas%, 1,05 — 0,05 masas%, 1,05 — 0,1 masas%.abos gadījumos (spirāles leņķis 45° un 90°).1.02.Parasti, palielinoties Reinoldsa skaitlim, termohidrauliskā efektivitāte ievērojami samazinās.Palielinoties Reinoldsa skaitlim, termiski hidrauliskās efektivitātes koeficienta samazināšanās ir sistemātiski saistīta ar (NuNFs/NuDW) pieaugumu un (fNFs/fDW) samazināšanos.
Nanofluīdu hidrotermiskās īpašības attiecībā pret bāzes šķidrumiem atkarībā no Reinoldsa skaitļiem caurulēm ar 45° un 90° leņķiem.
Šajā sadaļā aplūkotas ūdens (DW), nekovalento (VNP-SDBS@DW) un kovalento (VNP-COOH@DW) nanofluīdu termiskās īpašības trīs dažādās masas koncentrācijās un Reinoldsa skaitļos.Lai novērtētu vidējo termiski hidraulisko veiktspēju, tika ņemtas vērā divas siksnas siksnas siltummaiņu ģeometrijas diapazonā 7000 ≤ Re ≤ 17 000 attiecībā pret parastajām caurulēm (spirāles leņķi 45° un 90°).Uz att.10 parāda vidējo ūdens un nanofluīdu temperatūru pie izejas, izmantojot (spirāles leņķis 45° un 90°) kopējai caurulei (\(\frac{{{T}_{out}}_{Twisted}}{{ {T} _{out}}_{Regulārs}}\)).Nekovalentajiem (GNP-SDBS@DW) un kovalentajiem (GNP-COOH@DW) nanofluīdiem ir trīs dažādas svara frakcijas, piemēram, 0,025 masas%, 0,05 masas% un 0,1 masas%.Kā parādīts attēlā.11, izejas temperatūras vidējā vērtība (\(\frac{{{T}_{out}}_{Twisted}}{{{T}_{out}}_{Plain}}\)) > 1, kas norāda, ka (45° un 90° spirāles leņķis) temperatūra siltummaiņa izejā ir nozīmīgāka nekā parastajai caurulei, jo ir lielāka turbulences intensitāte un labāka šķidruma sajaukšanās.Turklāt temperatūra DW, nekovalento un kovalento nanofluīdu izejā samazinājās, palielinoties Reinoldsa skaitlim.Bāzes šķidrumam (DW) ir visaugstākā vidējā izplūdes temperatūra.Tikmēr zemākā vērtība attiecas uz 0,1 wt%-SDBS@GNPs.Nekovalentie (GNPs-SDBS@DW) nanofluīdi uzrādīja zemāku vidējo izplūdes temperatūru, salīdzinot ar kovalentajiem (GNPs-COOH@DW) nanofluīdiem.Tā kā savītā lente padara plūsmas lauku jauktāku, tuvu sienai esošā siltuma plūsma var vieglāk iziet cauri šķidrumam, palielinot kopējo temperatūru.Zemāka vērpjuma attiecība pret lenti nodrošina labāku iespiešanos un līdz ar to arī labāku siltuma pārnesi.No otras puses, var redzēt, ka velmētā lente uztur zemāku temperatūru pret sienu, kas savukārt palielina Nuavg.Vītā lentes ieliktņiem augstāka Nuavg vērtība norāda uz uzlabotu konvektīvo siltuma pārnesi caurulē22.Sakarā ar palielinātu plūsmas ceļu un papildu sajaukšanos un turbulenci, uzturēšanās laiks palielinās, kā rezultātā palielinās šķidruma temperatūra izplūdes atverē41.
Reinoldsa dažādu nanofluīdu skaits attiecībā pret parasto cauruļu izejas temperatūru (45 ° un 90 ° spirāles leņķi).
Siltuma pārneses koeficienti (45° un 90° spirāles leņķis) pret Reinoldsa skaitļiem dažādiem nanofluīdiem, salīdzinot ar parastajām caurulēm.
Galvenais uzlabotās tinuma lentes siltuma pārneses mehānisms ir šāds: 1. Siltummaiņas caurules hidrauliskā diametra samazināšana noved pie plūsmas ātruma un izliekuma palielināšanās, kas savukārt palielina bīdes spriegumu pie sienas un veicina sekundāro kustību.2. Sakarā ar tinuma lentes aizsprostojumu, ātrums pie caurules sienas palielinās, un robežslāņa biezums samazinās.3. Spirālplūsma aiz savītās jostas palielina ātrumu.4. Inducētie virpuļi uzlabo šķidruma sajaukšanos starp plūsmas centrālo un tuvu sienu apgabaliem42.Uz att.11 un att.12 parāda, piemēram, DW un nanofluīdu siltuma pārneses īpašības (siltuma pārneses koeficients un vidējais Nuselta skaitlis) kā vidējos rādītājus, izmantojot savītas lentes ievietošanas caurules, salīdzinot ar parastajām caurulēm.Nekovalentajiem (GNP-SDBS@DW) un kovalentajiem (GNP-COOH@DW) nanofluīdiem ir trīs dažādas svara frakcijas, piemēram, 0,025 masas%, 0,05 masas% un 0,1 masas%.Abos siltummaiņos (45° un 90° spirāles leņķis) vidējā siltuma pārneses veiktspēja ir >1, kas liecina par siltuma pārneses koeficienta un vidējā Nuselta skaitļa uzlabošanos ar tinumu caurulēm, salīdzinot ar parastajām caurulēm.Nekovalentie (GNPs-SDBS@DW) nanofluīdi uzrādīja lielāku vidējo siltuma pārneses uzlabošanos nekā kovalentie (GNPs-COOH@DW) nanofluīdi.Pie Re = 900 siltuma pārneses veiktspējas uzlabojums -SDBS@GNP par 0,1 masas % diviem siltummaiņiem (45° un 90° spirāles leņķis) bija visaugstākais ar vērtību 1,90.Tas nozīmē, ka vienmērīgajam TP efektam ir lielāka nozīme pie mazākiem šķidruma ātrumiem (Reinoldsa skaitlis)43 un palielinot turbulences intensitāti.Vairāku virpuļu ieviešanas dēļ siltuma pārneses koeficients un vidējais Nusselt skaits TT caurulēm ir augstāks nekā parastajām caurulēm, kā rezultātā tiek izveidots plānāks robežslānis.Vai HP klātbūtne palielina turbulences intensitāti, darba šķidruma plūsmu sajaukšanos un uzlabotu siltuma pārnesi salīdzinājumā ar pamatcaurulēm (bez savītas-vītās lentes ievietošanas)21.
Vidējais Nuselta skaitlis (spirāles leņķis 45° un 90°) pret Reinoldsa skaitli dažādiem nanofluīdiem, salīdzinot ar parastajām caurulēm.
13. un 14. attēlā parādīts vidējais berzes koeficients (\(\frac{{f}_{Twisted}}{{f}_{Plain}}\)) un spiediena zudums (\(\frac{{\Delta P}) _ {Twisted}}{{\Delta P}_{Plain}}\}} aptuveni 45° un 90° tradicionālajām caurulēm, kurās izmanto DW nanofluīdus, (GNPs-SDBS@DW) un (GNPs-COOH@DW) jonu apmaiņā ir ( 0,025 masas %, 0,05 masas % un 0,1 masas %). { {f}_{Plain} }\)) un spiediena zudumi (\(\frac{{ \Delta P}_{Twisted}}{{\Delta P) }_{Plain}}\}) samazināšanās. gadījumos, berzes koeficients un spiediena zudumi ir lielāki pie zemākiem Reinoldsa skaitļiem Vidējais berzes koeficients un spiediena zudums ir no 3,78 līdz 3,12 Vidējais berzes koeficients un spiediena zudumi liecina, ka (45° spirāle leņķis un 90°) siltummainis maksā trīs reizes augstākas nekā parastās caurules.Turklāt, darba šķidrumam plūstot ar lielāku ātrumu, berzes koeficients samazinās.Problēma rodas tāpēc, ka, pieaugot Reinoldsa skaitlim, robežslāņa biezums. samazinās, kas noved pie dinamiskās viskozitātes ietekmes samazināšanās uz skarto zonu, ātruma gradientu un bīdes spriegumu samazināšanos un līdz ar to berzes koeficienta samazināšanos21.Uzlabotais bloķēšanas efekts TT klātbūtnes un palielinātā virpuļa dēļ rada ievērojami lielākus spiediena zudumus neviendabīgām TT caurulēm nekā bāzes caurulēm.Turklāt gan pamatcaurulei, gan TT caurulei var redzēt, ka spiediena kritums palielinās līdz ar darba šķidruma ātrumu43.
Berzes koeficients (45° un 90° spirāles leņķis) pret Reinoldsa skaitli dažādiem nanofluīdiem, salīdzinot ar parastajām caurulēm.
Spiediena zudums (45° un 90° spirāles leņķis) kā Reinoldsa skaitļa funkcija dažādiem nanofluīdiem attiecībā pret parasto cauruli.
Rezumējot, 15. attēlā parādīti veiktspējas novērtēšanas kritēriji (PEC) siltummaiņiem ar 45° un 90° leņķiem, salīdzinot ar vienkāršām caurulēm (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}} \ ) ) (0,025 mas.%, 0.05 mas.% un 0.1 mas.%), izmantojot DV, (VNP-SDBS@DV) un kovalentos (VNP-COOH@DV) nanofluīdus.Vērtība (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) > 1 abos gadījumos (45° un 90° spirāles leņķis) siltummainī.Turklāt (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\))) sasniedz savu labāko vērtību pie Re = 11 000.90° siltummainim ir neliels pieaugums (\ (\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) salīdzinājumā ar 45° siltummaini., Pie Re = 11 000 0,1 masas% GNPs@SDBS ir augstākas (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) vērtības, piemēram, 1,25 45 ° siltummaiņa stūrim un 1,27 90° stūra siltummainim.Tas ir lielāks par vienu visos masas procentos, kas norāda, ka caurules ar savītām lentes ieliktņiem ir pārākas par parastajām caurulēm.Konkrēti, uzlabotā siltuma pārnese, ko nodrošina lentes ieliktņi, ievērojami palielināja berzes zudumus22.
Efektivitātes kritēriji dažādu nanofluīdu Reinoldsa skaitam attiecībā pret parastajām caurulēm (45° un 90° spirāles leņķis).
Pielikums A parāda 45° un 90° siltummaiņu straumes līnijas pie Re = 7000, izmantojot DW, 0,1 % % GNP-SDBS@DW un 0,1 % % GNP-COOH@DW.Plūsmas šķērsplaknē ir visspilgtākā iezīme, kas raksturo savītu lentes ieliktņu ietekmi uz galveno plūsmu.45° un 90° siltummaiņu izmantošana parāda, ka ātrums pie sienas ir aptuveni vienāds.Tikmēr B pielikumā ir parādītas ātruma kontūras 45° un 90° siltummaiņiem pie Re = 7000, izmantojot DW, 0,1 wt% GNP-SDBS@DW un 0,1 wt% GNP-COOH@DW.Ātruma cilpas atrodas trīs dažādās vietās (šķēlēs), piemēram, Plain-1 (P1 = -30 mm), Plain-4 (P4 = 60 mm) un Plain-7 (P7 = 150 mm).Caurules sienas tuvumā plūsmas ātrums ir mazākais, un šķidruma ātrums palielinās virzienā uz caurules centru.Turklāt, izejot cauri gaisa vadam, palielinās zemo ātrumu laukums pie sienas.Tas ir saistīts ar hidrodinamiskā robežslāņa augšanu, kas palielina zemā ātruma apgabala biezumu pie sienas.Turklāt Reinoldsa skaitļa palielināšana palielina kopējo ātruma līmeni visos šķērsgriezumos, tādējādi samazinot zemā ātruma apgabala biezumu kanālā39.
Kovalenti un nekovalenti funkcionalizētas grafēna nanoloksnes tika novērtētas savītās lentes ieliktņos ar spirāles leņķiem 45 ° un 90 °.Siltummainis tiek skaitliski atrisināts, izmantojot SST k-omega turbulences modeli pie 7000 ≤ Re ≤ 17000. Termofizikālās īpašības tiek aprēķinātas pie Tin = 308 K. Vienlaicīgi silda savītās caurules sieniņu nemainīgā 330 K temperatūrā. COOH@DV) tika atšķaidīts trīs masas daudzumos, piemēram (0,025 mas.%, 0.05 mas.% un 0.1 mas.%).Pašreizējā pētījumā tika ņemti vērā seši galvenie faktori: izplūdes temperatūra, siltuma pārneses koeficients, vidējais Nuselta skaitlis, berzes koeficients, spiediena zudumi un veiktspējas novērtēšanas kritēriji.Šeit ir galvenie atklājumi:
Vidējā izplūdes temperatūra (\({{T}_{out}}_{Nanofluids}\)/\({{T}_{out}}_{Basefluid}\)) vienmēr ir mazāka par 1, kas nozīmē, ka neizkliedēts Valences (ZNP-SDBS@DV) un kovalento (ZNP-COOH@DV) nanofluīdu izplūdes temperatūra ir zemāka nekā bāzes šķidruma temperatūra.Tikmēr vidējās izplūdes temperatūras (\({{T}_{out}}_{Twisted}\)/\({{T}_{out}}_{Plain}\)) vērtība > 1, kas norāda uz fakts, ka (45° un 90° spirāles leņķis) izplūdes temperatūra ir augstāka nekā ar parastajām caurulēm.
Abos gadījumos siltuma pārneses īpašību (nanošķidrums/bāzes šķidrums) un (savīta caurule/parasta caurule) vidējās vērtības vienmēr ir >1.Nekovalentie (GNPs-SDBS@DW) nanofluīdi uzrādīja lielāku vidējo siltuma pārneses pieaugumu, kas atbilst kovalentajiem (GNPs-COOH@DW) nanofluīdiem.
Nekovalento (VNP-SDBS@DW) un kovalento (VNP-COOH@DW) nanofluīdu vidējais berzes koeficients (\({f}_{Nanofluids}/{f}_{Basefluid}\)) vienmēr ir ≈1 .nekovalento (ZNP-SDBS@DV) un kovalento (ZNP-COOH@DV) nanofluīdu (\({f}_{Twisted}/{f}_{Plain}\)) berze vienmēr > 3.
Abos gadījumos (45° un 90° spirāles leņķis) nanofluīdi (GNPs-SDBS@DW) bija augstāki (\({\Delta P}_{Nanofluids}/{\Delta P}_{Basefluid}\)) 0,025 mas. % par 2,04 %, 0,05 mas. % par 2,46 % un 0,1 mas. % par 3,44 %.Tikmēr (GNPs-COOH@DW) nanofluīdi uzrādīja zemāku (\({\Delta P}_{Nanofluids}/{\Delta P}_{Basefluid}\)) no 1,31% 0,025 masas % līdz 1,65% ir 0,05 % pēc svara.Turklāt nekovalento (GNPs-SDBS@DW) un kovalento (GNPs-COOH@DW) vidējais spiediena zudums (\({\Delta P}_{Twisted}/{\Delta P}_{Plain}\). ))) nanofluīdi vienmēr >3.
Abos gadījumos (45° un 90° spirāles leņķi) nanofluīdi (GNPs-SDBS@DW) uzrādīja augstāku (\({PEC}_{Nanofluids}/{PEC} _{Basefluid}\)) @DW vērtību) , piemēram, 0,025 mas.% – 1,17, 0,05 mas.% – 1,19, 0,1 mas.% – 1,26.Šajā gadījumā (\({PEC}_{Nanofluids}/{PEC}_{Basefluid}\)) vērtības, izmantojot (GNPs-COOH@DW) nanofluīdus, ir 1,02 — 0,025 masas.%, 1,05 — 0 , 05 wt.% un 1,02 ir 0,1 svara %.Turklāt pie Re = 11 000 0,1 masas% GNPs@SDBS uzrādīja augstākas vērtības (\({PEC}_{Twisted}/{PEC}_{Plain}\)), piemēram, 1,25 45 ° spirāles leņķim. un 90° spirāles leņķis 1.27.
Thianpong, C. et al.Daudzfunkcionāla nanofluīda titāna dioksīda/ūdens plūsmas optimizācija siltummainī, ko pastiprina savīti lentes ieliktņi ar delta spārniem.iekšējais J. Hot.zinātne.172, 107318 (2022).
Langerudi, HG un Jawaerde, C. Eksperimentāls pētījums par ne-Ņūtona šķidruma plūsmu silfonos, kas ievietoti ar tipiskām un V-veida savītām lentēm.Siltuma un masas pārnese 55, 937–951 (2019).
Dong, X. et al.Spirāli savīta cauruļveida siltummaiņa siltuma pārneses raksturlielumu un plūsmas pretestības eksperimentāls pētījums [J].Lietošanas temperatūra.projektu.176, 115397 (2020).
Yongsiri, K., Eiamsa-Ard, P., Wongcharee, K. & Eiamsa-Ard, SJCS Uzlabota siltuma pārnese turbulentā kanāla plūsmā ar slīpām atdalīšanas spurām.aktuāli pētījumi.temperatūra.projektu.3, 1–10 (2014).