304 չժանգոտվող պողպատից փաթաթված խողովակի քիմիական բաղադրիչ, կովալենտային և ոչ կովալենտային ֆունկցիոնալացված գրաֆենի նանոթերթերի թերմոդինամիկական վերլուծություն տուրբուլատորներով հագեցած կլոր խողովակներում

Շնորհակալություն Nature.com այցելելու համար:Դուք օգտագործում եք զննարկչի տարբերակ՝ CSS-ի սահմանափակ աջակցությամբ:Լավագույն փորձի համար խորհուրդ ենք տալիս օգտագործել թարմացված դիտարկիչ (կամ անջատել Համատեղելիության ռեժիմը Internet Explorer-ում):Բացի այդ, շարունակական աջակցություն ապահովելու համար մենք կայքը ցուցադրում ենք առանց ոճերի և JavaScript-ի:
Սլայդերներ, որոնք ցույց են տալիս երեք հոդված յուրաքանչյուր սլայդում:Օգտագործեք հետևի և հաջորդ կոճակները՝ սլայդների միջով շարժվելու համար, կամ սլայդ կարգավորիչի կոճակները վերջում՝ յուրաքանչյուր սլայդով շարժվելու համար:

304 10*1 մմ Չժանգոտվող պողպատից փաթաթված խողովակ Չինաստանում

Չափսը՝ 3/4 դյույմ, 1/2 դյույմ, 1 դյույմ, 3 դյույմ, 2 դյույմ

Միավորի խողովակի երկարությունը՝ 6 մետր

Պողպատի դասարան՝ 201, 304 և 316

Դասարան՝ 201, 202, 304, 316, 304L, 316 L,

Նյութը՝ չժանգոտվող պողպատ

Վիճակը՝ նոր

Կովալենտ և ոչ կովալենտ նանոհեղուկները փորձարկվել են կլոր խողովակներում, որոնք հագեցած են ոլորված ժապավենի ներդիրներով՝ 45° և 90° պարուրաձև անկյուններով:Ռեյնոլդսի թիվը եղել է 7000 ≤ Re ≤ 17000, ջերմաֆիզիկական հատկությունները գնահատվել են 308 Կ։ Ֆիզիկական մոդելը թվային կերպով լուծվում է՝ օգտագործելով երկու պարամետր տուրբուլենտ մածուցիկության մոդելը (SST k-omega turbulence):Աշխատանքում դիտարկվել են ZNP-SDBS@DV և ZNP-COOH@DV նանոհեղուկների կոնցենտրացիաները (0.025 wt.%, 0.05 wt.%, և 0.1 wt.%):Ոլորված խողովակների պատերը ջեռուցվում են 330 Կ մշտական ​​ջերմաստիճանում: Ընթացիկ ուսումնասիրության մեջ դիտարկվել են վեց պարամետր՝ ելքի ջերմաստիճան, ջերմային փոխանցման գործակից, միջին Նուսելտի թիվը, շփման գործակից, ճնշման կորուստ և կատարողականի գնահատման չափանիշներ:Երկու դեպքում էլ (45° և 90° պարույրի անկյուն), ZNP-SDBS@DV նանոհեղուկը ցույց է տվել ավելի բարձր ջերմային-հիդրավլիկ բնութագրեր, քան ZNP-COOH@DV-ն, և այն աճել է զանգվածային մասնաբաժնի աճով, օրինակ՝ 0,025 wt:, և 0.05 wt.1.19 է։% և 1.26 – 0.1 wt.%.Երկու դեպքում էլ (խխունջի անկյուն 45° և 90°), թերմոդինամիկական բնութագրերի արժեքները GNP-COOH@DW-ի օգտագործման դեպքում 1,02 են 0,025% քաշի համար, 1,05՝ 0,05% քաշի համար:և 1.02 0.1% wt-ի համար:
Ջերմափոխանակիչը թերմոդինամիկ սարք 1 է, որն օգտագործվում է հովացման և ջեռուցման ընթացքում ջերմություն փոխանցելու համար:Ջերմափոխանակիչի ջերմահիդրավլիկ հատկությունները բարելավում են ջերմափոխանակման գործակիցը և նվազեցնում աշխատանքային հեղուկի դիմադրությունը։Մի քանի մեթոդներ են մշակվել ջերմության փոխանցումը բարելավելու համար, ներառյալ տուրբուլենտության ուժեղացուցիչները2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 և նանոհեղուկները12,13,14,15:Պտտվող ժապավենի տեղադրումը ջերմափոխանակիչներում ջերմության փոխանցման բարելավման ամենահաջող մեթոդներից մեկն է՝ շնորհիվ պահպանման հեշտության և ցածր գնի7,16:
Փորձարարական և հաշվողական հետազոտությունների շարքում ուսումնասիրվել են նանոհեղուկների և ջերմափոխանակիչների խառնուրդների հիդրոթերմալ հատկությունները ոլորված ժապավենի ներդիրներով։Փորձարարական աշխատանքում երեք տարբեր մետաղական նանոհեղուկների (Ag@DW, Fe@DW և Cu@DW) հիդրոթերմալ հատկություններն ուսումնասիրվել են ասեղով ոլորված ժապավենի (STT) ջերմափոխանակիչում17:Բազային խողովակի համեմատ, STT-ի ջերմային փոխանցման գործակիցը բարելավվել է 11% և 67%:SST դասավորությունը լավագույնն է տնտեսական տեսանկյունից արդյունավետության առումով α = β = 0,33 պարամետրով:Բացի այդ, Ag@DW-ով նկատվել է n-ի 18,2% աճ, թեև ճնշման կորստի առավելագույն աճը կազմել է ընդամենը 8,5%:Ջերմության փոխանցման և ճնշման կորստի ֆիզիկական գործընթացները համակենտրոն խողովակներում՝ ոլորված տուրբուլատորներով և առանց դրանց, ուսումնասիրվել են՝ օգտագործելով Al2O3@DW նանոհեղուկի տուրբուլենտ հոսքերը՝ հարկադիր կոնվեկցիայով:Առավելագույն միջին Nusselt թիվը (Nuavg) և ճնշման կորուստը դիտվում են Re = 20,000-ում, երբ կծիկի բարձրությունը = 25 մմ և Al2O3@DW նանոհեղուկը 1.6 vol.% է:Լաբորատոր հետազոտություններ են անցկացվել նաև գրաֆենի օքսիդի նանոհեղուկների (GO@DW) ջերմության փոխանցման և ճնշման կորստի բնութագրերը ուսումնասիրելու համար, որոնք հոսում են WC ներդիրներով գրեթե շրջանաձև խողովակներով:Արդյունքները ցույց են տվել, որ 0.12 vol%-GO@DW-ն ավելացրել է կոնվեկտիվ ջերմային փոխանցման գործակիցը մոտ 77%-ով։Մեկ այլ փորձարարական ուսումնասիրության ժամանակ նանոհեղուկներ (TiO2@DW) ստեղծվել են՝ ուսումնասիրելու ոլորված ժապավենի ներդիրներով փորված խողովակների ջերմահիդրավլիկ բնութագրերը20:Առավելագույն հիդրոթերմային արդյունավետությունը՝ 1,258, ձեռք է բերվել՝ օգտագործելով 0,15 vol%-TiO2@DW՝ ներկառուցված 45° թեքված լիսեռներում՝ 3,0 ոլորման գործակիցով:Միաֆազ և երկփուլ (հիբրիդ) մոդելավորման մոդելները հաշվի են առնում CuO@DW նանոհեղուկների հոսքը և ջերմային փոխանցումը տարբեր պինդ կոնցենտրացիաներում (1–4% vol.%)21:Մեկ ոլորված ժապավենով տեղադրվող խողովակի առավելագույն ջերմային արդյունավետությունը 2,18 է, իսկ նույն պայմաններում երկու ոլորված ժապավենով տեղադրված խողովակը 2,04 է (երկաֆազ մոդել, Re = 36000 և 4 հատ.%)։Ուսումնասիրվել է կարբոքսիմեթիլ ցելյուլոզայի (CMC) և պղնձի օքսիդի (CuO) ոչ նյուտոնյան տուրբուլենտ նանոհեղուկ հոսքը հիմնական խողովակներում և ոլորված ներդիրներով խողովակներում:Nuavg-ը ցույց է տալիս 16,1% (հիմնական խողովակաշարի) և 60% (H/D = 5) հարաբերակցությամբ փաթաթված խողովակաշարի բարելավում:Ընդհանրապես, ոլորման-ժապավենի ավելի ցածր հարաբերակցությունը հանգեցնում է շփման ավելի բարձր գործակցի:Փորձարարական հետազոտության ընթացքում ուսումնասիրվել է ոլորված ժապավենով (TT) և պարույրներով (VC) խողովակների ազդեցությունը ջերմության փոխանցման և շփման գործակիցի հատկությունների վրա՝ օգտագործելով CuO@DW նանոհեղուկները:Օգտագործելով 0.3 հատ.%-CuO@DW-ը Re = 20,000-ում հնարավորություն է տալիս բարձրացնել ջերմության փոխանցումը VK-2 խողովակում մինչև 44,45% առավելագույն արժեք:Բացի այդ, նույն սահմանային պայմաններում ոլորված զույգ մալուխի և կծիկի ներդիրի օգտագործման դեպքում շփման գործակիցը DW-ի համեմատ ավելանում է 1,17 և 1,19 գործակիցներով:Ընդհանուր առմամբ, նանոհեղուկների ջերմային արդյունավետությունը, որոնք տեղադրվում են կծիկների մեջ, ավելի լավն է, քան նանոհեղուկները, որոնք տեղադրված են լարերի մեջ:Անհանգիստ (MWCNT@DW) նանոհեղուկի հոսքի ծավալային բնութագիրը ուսումնասիրվել է պարուրաձև մետաղալարի մեջ տեղադրված հորիզոնական խողովակի ներսում:Ջերմային կատարողականի պարամետրերը բոլոր դեպքերի համար եղել են > 1, ինչը ցույց է տալիս, որ նանոհեղուկների համադրությունը կծիկի ներդիրի հետ բարելավում է ջերմության փոխանցումը՝ առանց պոմպի հզորությունը սպառելու:Համառոտագիր – Երկխողովակային ջերմափոխանակիչի հիդրոթերմային բնութագրերը՝ տարբեր ներդիրներով, որոնք պատրաստված են փոփոխված ոլորված-ոլորված V-աձև ժապավենից (VcTT) ուսումնասիրվել են Al2O3 + TiO2@DW նանոհեղուկի տուրբուլենտ հոսքի պայմաններում:Բազային խողովակներում DW-ի համեմատ Nuavg-ն ունի 132% զգալի բարելավում և մինչև 55% շփման գործակից:Բացի այդ, քննարկվել է Al2O3+TiO2@DW նանոկոմպոզիտի էներգաարդյունավետությունը երկխողովակային ջերմափոխանակիչում26:Իրենց ուսումնասիրության ընթացքում նրանք պարզեցին, որ Al2O3 + TiO2@DW և TT-ի օգտագործումը բարելավում է էքսերգիայի արդյունավետությունը DW-ի համեմատ:VcTT տուրբուլատորներով համակենտրոն գլանային ջերմափոխանակիչներում Singh-ը և Sarkar27-ը օգտագործում էին փուլափոխության նյութեր (PCM), ցրված մեկ/նանոկոմպոզիտային նանոհեղուկներ (Al2O3@DW PCM-ով և Al2O3 + PCM-ով):Նրանք հայտնել են, որ ջերմության փոխանցումը և ճնշման կորուստը մեծանում են, քանի որ ոլորման գործակիցը նվազում է և նանոմասնիկների կոնցենտրացիան մեծանում է:Ավելի մեծ V խազ խորության գործակիցը կամ ավելի փոքր լայնության գործակիցը կարող է ապահովել ավելի մեծ ջերմության փոխանցում և ճնշման կորուստ:Բացի այդ, գրաֆեն-պլատին (Gr-Pt) օգտագործվել է 2-TT28 ներդիրներով խողովակներում ջերմության, շփման և ընդհանուր էնտրոպիայի առաջացման արագությունը ուսումնասիրելու համար:Նրանց ուսումնասիրությունը ցույց է տվել, որ (Gr-Pt) ավելի փոքր տոկոսը զգալիորեն նվազեցրել է ջերմային էնտրոպիայի առաջացումը համեմատաբար ավելի բարձր շփման էնտրոպիայի զարգացման համեմատ:Խառը Al2O3@MgO նանոհեղուկները և կոնաձև WC-ը կարելի է համարել լավ խառնուրդ, քանի որ ավելացված հարաբերակցությունը (h/Δp) կարող է բարելավել երկխողովակով ջերմափոխանակիչի հիդրոթերմային աշխատանքը 29:Թվային մոդելը օգտագործվում է ջերմափոխանակիչների էներգախնայողության և շրջակա միջավայրի արդյունավետությունը գնահատելու համար՝ DW30-ում կասեցված տարբեր եռամաս հիբրիդային նանոհեղուկներով (THNF) (Al2O3 + գրաֆեն + MWCNT):1,42–2,35 միջակայքում գտնվող իր կատարողականության գնահատման չափանիշների (PEC) պատճառով պահանջվում է ճնշված ոլորված տուրբուլիզատորի ներդիրի (DTTI) և (Al2O3 + Գրաֆեն + MWCNT) համադրություն:
Մինչ այժմ քիչ ուշադրություն է դարձվել կովալենտային և ոչ կովալենտային ֆունկցիոնալացման դերին ջերմային հեղուկներում հիդրոդինամիկական հոսքում։Այս հետազոտության հատուկ նպատակն էր համեմատել նանոհեղուկների (ZNP-SDBS@DV) և (ZNP-COOH@DV) ջերմային-հիդրավլիկ բնութագրերը ոլորված ժապավենի ներդիրներում՝ 45° և 90° պարուրաձև անկյուններով:Ջերմոֆիզիկական հատկությունները չափվել են Tin = 308 K-ում: Այս դեպքում համեմատության գործընթացում հաշվի են առնվել երեք զանգվածային բաժիններ, ինչպիսիք են (0.025 wt.%, 0.05 wt.% և 0.1 wt.%):3D տուրբուլենտ հոսքի մոդելում (SST k-ω) կտրվածքային սթրեսի փոխանցումը օգտագործվում է ջերմային-հիդրավլիկ բնութագրերը լուծելու համար:Այսպիսով, այս ուսումնասիրությունը զգալի ներդրում ունի դրական հատկությունների (ջերմային փոխանցում) և բացասական հատկությունների (շփման վրա ճնշման անկում) ուսումնասիրության մեջ՝ ցույց տալով ջերմահիդրավլիկ բնութագրերը և իրական աշխատանքային հեղուկների օպտիմալացումը նման ինժեներական համակարգերում:
Հիմնական կոնֆիգուրացիան հարթ խողովակ է (L = 900 մմ և Dh = 20 մմ):Տեղադրված ոլորված ժապավենի չափերը (երկարությունը = 20 մմ, հաստությունը = 0,5 մմ, պրոֆիլը = 30 մմ):Այս դեպքում պարույրային պրոֆիլի երկարությունը, լայնությունը և հարվածը համապատասխանաբար կազմում էին 20 մմ, 0,5 մմ և 30 մմ:Ոլորված ժապավենները թեքված են 45° և 90°:Տարբեր աշխատանքային հեղուկներ, ինչպիսիք են DW, ոչ կովալենտային նանոհեղուկները (GNF-SDBS@DW) և կովալենտային նանոհեղուկները (GNF-COOH@DW) Tin = 308 K-ում, երեք տարբեր զանգվածային կոնցենտրացիաներ և տարբեր Ռեյնոլդսի թվեր:Փորձարկումները կատարվել են ջերմափոխանակիչի ներսում։Պարուրաձև խողովակի արտաքին պատը ջեռուցվել է 330 Կ մակերևույթի մշտական ​​ջերմաստիճանում՝ ջերմության փոխանցման բարելավման պարամետրերը ստուգելու համար:
Նկ.1-ը սխեմատիկորեն ցույց է տալիս ոլորված ժապավենի տեղադրման խողովակը՝ կիրառելի սահմանային պայմաններով և ցանցավոր տարածքով:Ինչպես նշվեց ավելի վաղ, արագության և ճնշման սահմանային պայմանները կիրառվում են պարույրի մուտքի և ելքի մասերի վրա:Մակերեւույթի մշտական ​​ջերմաստիճանում խողովակի պատին դրվում է չսահող վիճակ:Ներկայիս թվային մոդելավորումն օգտագործում է ճնշման վրա հիմնված լուծում:Միևնույն ժամանակ, ծրագիր (ANSYS FLUENT 2020R1) օգտագործվում է մասնակի դիֆերենցիալ հավասարումը (PDE) հանրահաշվական հավասարումների համակարգի վերածելու համար՝ օգտագործելով վերջավոր ծավալի մեթոդը (FMM):Երկրորդ կարգի SIMPLE մեթոդը (կիսաթանկարժեք մեթոդ հաջորդական ճնշումից կախված հավասարումների համար) կապված է արագություն-ճնշման հետ։Պետք է ընդգծել, որ մնացորդների կոնվերգենցիան զանգվածի, իմպուլսի և էներգիայի հավասարումների համար համապատասխանաբար 103-ից և 106-ից փոքր է։
p Ֆիզիկական և հաշվողական տիրույթների դիագրամ. ա) պարուրաձև անկյուն 90°, բ) պարուրաձև անկյուն 45°, գ) պարուրաձև սայր չկա:
Նանոհեղուկների հատկությունները բացատրելու համար օգտագործվում է միատարր մոդել։Նանոնյութերը բազային հեղուկի (DW) մեջ ներառելով՝ առաջանում է գերազանց ջերմային հատկություններով շարունակական հեղուկ։Այս առումով բազային հեղուկի և նանոնյութի ջերմաստիճանը և արագությունը նույն արժեքն ունեն։Ելնելով վերը նշված տեսություններից և ենթադրություններից, այս ուսումնասիրության մեջ աշխատում է արդյունավետ միաֆազ հոսք:Մի շարք ուսումնասիրություններ ցույց են տվել նանոհեղուկային հոսքի համար միաֆազ տեխնիկայի արդյունավետությունն ու կիրառելիությունը31,32:
Նանոհեղուկների հոսքը պետք է լինի նյուտոնյան տուրբուլենտ, չսեղմվող և անշարժ:Սեղմման աշխատանքը և մածուցիկ ջեռուցումն անտեղի են այս ուսումնասիրության մեջ:Բացի այդ, հաշվի չի առնվում խողովակի ներքին և արտաքին պատերի հաստությունը:Հետևաբար, զանգվածի, իմպուլսի և էներգիայի պահպանման հավասարումները, որոնք սահմանում են ջերմային մոդելը, կարող են արտահայտվել հետևյալ կերպ.
որտեղ \(\overrightarrow{V}\)-ը միջին արագության վեկտորն է, Keff = K + Kt-ը կովալենտ և ոչ կովալենտ նանոհեղուկների արդյունավետ ջերմային հաղորդունակությունն է, իսկ ε-ն էներգիայի ցրման արագությունն է:Աղյուսակում ներկայացված նանոհեղուկների արդյունավետ ջերմաֆիզիկական հատկությունները, ներառյալ խտությունը (ρ), մածուցիկությունը (μ), հատուկ ջերմային հզորությունը (Cp) և ջերմային հաղորդունակությունը (k), չափվել են փորձարարական ուսումնասիրության ժամանակ 308 K1 ջերմաստիճանում, երբ օգտագործվում էին: այս սիմուլյատորներում:
Պայմանական և TT խողովակներում տուրբուլենտ նանոհեղուկի հոսքի թվային սիմուլյացիաները կատարվել են Ռեյնոլդսի 7000 ≤ Re ≤ 17000 համարներում: Այս մոդելավորումները և կոնվեկտիվ ջերմափոխանակման գործակիցները վերլուծվել են՝ օգտագործելով Mentor's κ-ω տուրբուլենտության մոդելը՝ կտրվածքային լարվածության միջինացված փոխանցման բուլենսի վրա (SST) Navier-Stokes մոդելը, որը սովորաբար օգտագործվում է աերոդինամիկական հետազոտություններում:Բացի այդ, մոդելն աշխատում է առանց պատի ֆունկցիայի և ճշգրիտ է 35,36 պատերի մոտ:(SST) κ-ω կառավարող հավասարումները տուրբուլենտության մոդելի հետևյալն են.
որտեղ \(S\)-ը լարվածության արագության արժեքն է, իսկ \(y\)-ը հարակից մակերեսի հեռավորությունն է:Մինչդեռ, \({\alpha}_{1}\), \({\alpha}_{2}\), \({\beta}_{1}\), \({\beta}_{ 2 }\), \({\բետա}^{*}\), \({\sigma}_{{k}_{1}}\), \({\sigma}_{{k}_{ 2 }}\), \({\sigma}_{{\omega}_{1}}\) և \({\sigma}_{{\omega}_{2}}\) նշանակում են մոդելի բոլոր հաստատունները:F1-ը և F2-ը խառը ֆունկցիաներ են:Ծանոթագրություն՝ F1 = 1 սահմանային շերտում, 0՝ հաջորդող հոսքում:
Արդյունավետության գնահատման պարամետրերը օգտագործվում են տուրբուլենտ կոնվեկտիվ ջերմափոխանակման, կովալենտային և ոչ կովալենտային նանոհեղուկի հոսքի ուսումնասիրության համար, օրինակ31.
Այս համատեքստում (\(\rho\)), (\(v\)), (\({D}_{h}\)) և (\(\mu\)) օգտագործվում են խտության, հեղուկի արագության համար: , հիդրավլիկ տրամագիծը և դինամիկ մածուցիկությունը:(\({C}_{p}\, \mathrm{u}\, k\)) – հոսող հեղուկի հատուկ ջերմային հզորություն և ջերմահաղորդականություն:Բացի այդ, (\(\dot{m}\))-ը վերաբերում է զանգվածային հոսքին, և (\({T}_{out}-{T}_{in}\)) վերաբերում է մուտքի և ելքի ջերմաստիճանի տարբերությանը:(NFs) վերաբերում է կովալենտային, ոչ կովալենտային նանոհեղուկներին, իսկ (DW) վերաբերում է թորած ջրին (բազային հեղուկին):\({A}_{s} = \pi DL\), \({\overline{T}}_{f}=\frac{\left({T}_{դուրս}-{T}_{in }\right)}{2}\) և \({\overline{T}}_{w}=\sum \frac{{T}_{w}}{n}\):
Հիմնական հեղուկի (DW), ոչ կովալենտային նանոհեղուկի (GNF-SDBS@DW) և կովալենտային նանոհեղուկի (GNF-COOH@DW) ջերմաֆիզիկական հատկությունները վերցվել են հրապարակված գրականությունից (փորձարարական ուսումնասիրություններ), Sn = 308 K, ինչպես. Ցուցադրված է Աղյուսակ 134-ում: Սովորական փորձի ժամանակ հայտնի զանգվածային տոկոսներով ոչ կովալենտային (GNP-SDBS@DW) նանոհեղուկ ստանալու համար որոշ գրամ առաջնային GNP սկզբնապես կշռվել են թվային հաշվեկշռի վրա:SDBS/հայրենի GNP-ի քաշային հարաբերակցությունը (0.5:1) կշռված է DW-ով:Այս դեպքում կովալենտային (COOH-GNP@DW) նանոհեղուկները սինթեզվել են՝ ավելացնելով կարբոքսիլային խմբեր GNP-ի մակերեսին, օգտագործելով խիստ թթվային միջավայր՝ HNO3 և H2SO4 ծավալային հարաբերակցությամբ (1:3):Կովալենտ և ոչ կովալենտ նանոհեղուկները կասեցվել են DW-ում երեք տարբեր քաշային տոկոսներով, ինչպիսիք են 0,025 wt%, 0,05 wt%:եւ զանգվածի 0.1%-ը։
Ցանցի անկախության թեստերն իրականացվել են չորս տարբեր հաշվողական տիրույթներում՝ համոզվելու համար, որ ցանցի չափը չի ազդում մոդելավորման վրա:45° ոլորող խողովակի դեպքում ագրեգատների քանակը 1,75 մմ է 249 033, 2 մմ չափսերով ագրեգատների թիվը՝ 307 969, 2,25 մմ չափսերով ագրեգատների թիվը՝ 421 406, ագրեգատների թիվը։ միավորի չափսերով 2 .5 մմ համապատասխանաբար 564 940:Բացի այդ, 90° ոլորված խողովակի օրինակում 1,75 մմ տարրի չափսով տարրերի թիվը 245,531 է, 2 մմ տարրի չափսով տարրերի թիվը՝ 311,584, 2,25 մմ տարրի չափով տարրերի թիվը՝ 422708, իսկ 2,5 մմ տարրի չափս ունեցող տարրերի թիվը համապատասխանաբար 573826 է։Ջերմային հատկությունների ընթերցումների ճշգրտությունը, ինչպիսիք են (Tout, htc և Nuavg) մեծանում է, քանի որ տարրերի քանակը նվազում է:Միևնույն ժամանակ, շփման գործակիցի և ճնշման անկման արժեքների ճշգրտությունը ցույց տվեց բոլորովին այլ վարքագիծ (նկ. 2):Ցանց (2) օգտագործվել է որպես հիմնական ցանցի տարածք՝ մոդելավորված դեպքում ջերմահիդրավլիկ բնութագրերը գնահատելու համար:
Ջերմության փոխանցման և ճնշման անկման արդյունավետության ստուգում ցանցից անկախ՝ օգտագործելով 45° և 90° ոլորված զույգ DW խողովակներ:
Ներկայիս թվային արդյունքները վավերացվել են ջերմության փոխանցման կատարողականի և շփման գործակցի համար՝ օգտագործելով հայտնի էմպիրիկ հարաբերակցությունները և հավասարումները, ինչպիսիք են Դիտուս-Բելտերը, Պետուխովը, Գնելինսկին, Նոտեր-Ռուսը և Բլասիուսը:Համեմատությունն իրականացվել է 7000≤Re≤17000 պայմանով։Համաձայն նկ.3, սիմուլյացիայի արդյունքների և ջերմության փոխանցման հավասարման միջև միջին և առավելագույն սխալներն են 4,050 և 5,490% (Dittus-Belter), 9,736 և 11,33% (Պետուխով), 4,007 և 7,483% (Գնելինսկի) և 3,883% (4,893% և 7%): Նոթ-Բելտեր):Վարդ):Այս դեպքում սիմուլյացիայի արդյունքների և շփման գործակիցի հավասարման միջև միջին և առավելագույն սխալները համապատասխանաբար կազմում են 7,346% և 8,039% (Բլասիուս) և 8,117% և 9,002% (Պետուխով):
Ջերմային փոխանցում և DW-ի հիդրոդինամիկական հատկություններ Ռեյնոլդսի տարբեր թվերում՝ օգտագործելով թվային հաշվարկներ և էմպիրիկ հարաբերակցություններ:
Այս բաժինը քննարկում է ոչ կովալենտային (LNP-SDBS) և կովալենտային (LNP-COOH) ջրային նանոհեղուկների ջերմային հատկությունները երեք տարբեր զանգվածային ֆրակցիաների և Ռեյնոլդսի թվերի՝ որպես հիմնական հեղուկի (DW) համեմատ միջինների:Գոտի ոլորված ջերմափոխանակիչների երկու երկրաչափություն (պարույրի անկյուն 45° և 90°) քննարկված են 7000 ≤ Re ≤ 17000-ի համար։ Նկ.4-ը ցույց է տալիս միջին ջերմաստիճանը նանոհեղուկի ելքի ժամանակ դեպի բազային հեղուկ (DW) (\(\frac{{{T}_{out}}_{NFs}}{{{T}_{out}}_{ DW } } \)) (0.025% wt., 0.05% wt. և 0.1% wt.):(\(\frac{{{T}_{out}}_{NFs}}{{{T}_{out}}_{DW}}\)) միշտ 1-ից պակաս է, ինչը նշանակում է, որ ելքի ջերմաստիճանը ոչ կովալենտ է (VNP-SDBS) և կովալենտ (VNP-COOH) նանոհեղուկները գտնվում են բազային հեղուկի ելքի ջերմաստիճանից ցածր:Ամենացածր և ամենաբարձր կրճատումները եղել են համապատասխանաբար 0.1 wt%-COOH@GNPs և 0.1 wt%-SDBS@GNPs:Այս երևույթը պայմանավորված է մշտական ​​զանգվածային մասում Ռեյնոլդսի թվի աճով, ինչը հանգեցնում է նանոհեղուկի հատկությունների փոփոխության (այսինքն՝ խտության և դինամիկ մածուցիկության)։
Նկար 5-ը և 6-ը ցույց են տալիս նանոհեղուկի բազային հեղուկին (DW) ջերմափոխանակման միջին բնութագրերը (0,025 wt.%, 0.05 wt.% և 0.1 wt.%):Ջերմափոխադրման միջին հատկությունները միշտ 1-ից մեծ են, ինչը նշանակում է, որ ոչ կովալենտային (LNP-SDBS) և կովալենտային (LNP-COOH) նանոհեղուկների ջերմային փոխանցման հատկությունները բազային հեղուկի համեմատությամբ մեծանում են:0.1 wt%-COOH@GNPs և 0.1 wt%-SDBS@GNPs ստացել են համապատասխանաբար ամենացածր և ամենաբարձր շահույթը:Երբ Ռեյնոլդսի թիվը մեծանում է 1-ին խողովակում հեղուկի ավելի մեծ խառնման և տուրբուլենտության պատճառով, ջերմության փոխանցման կատարումը բարելավվում է:Փոքր բացերի միջով հեղուկները հասնում են ավելի բարձր արագությունների, ինչի արդյունքում առաջանում է ավելի բարակ արագության/ջերմության սահմանային շերտ, ինչը մեծացնում է ջերմության փոխանցման արագությունը:Հիմնական հեղուկին ավելի շատ նանոմասնիկներ ավելացնելը կարող է ունենալ ինչպես դրական, այնպես էլ բացասական արդյունքներ:Օգտակար ազդեցությունները ներառում են նանոմասնիկների բախումների ավելացում, հեղուկի ջերմային հաղորդունակության բարենպաստ պահանջներ և ուժեղացված ջերմային փոխանցում:
Նանոհեղուկի ջերմային փոխանցման գործակիցը բազային հեղուկին՝ կախված Ռեյնոլդսի թվից 45° և 90° խողովակների համար:
Միևնույն ժամանակ, բացասական ազդեցություն է հանդիսանում նանոհեղուկի դինամիկ մածուցիկության բարձրացումը, ինչը նվազեցնում է նանոհեղուկի շարժունակությունը՝ դրանով իսկ նվազեցնելով Նուսելտի միջին թիվը (Nuavg):Նանոհեղուկների (ZNP-SDBS@DW) և (ZNP-COOH@DW) ջերմային հաղորդունակության բարձրացումը պետք է պայմանավորված լինի DW37-ում կասեցված գրաֆենի նանոմասնիկների բրոունյան շարժման և միկրոկոնվեկցիայի հետ:Նանոհեղուկի (ZNP-COOH@DV) ջերմային հաղորդունակությունը ավելի բարձր է, քան նանոհեղուկի (ZNP-SDBS@DV) և թորած ջրի ջերմային հաղորդունակությունը:Հիմնական հեղուկին ավելի շատ նանոնյութեր ավելացնելը մեծացնում է դրանց ջերմային հաղորդունակությունը (Աղյուսակ 1)38:
Նկար 7-ը ցույց է տալիս նանոհեղուկների շփման միջին գործակիցը բազային հեղուկի (DW) (f(NFs)/f(DW)) զանգվածային տոկոսով (0.025%, 0.05% և 0.1%):Շփման միջին գործակիցը միշտ ≈1 է, ինչը նշանակում է, որ ոչ կովալենտ (GNF-SDBS@DW) և կովալենտ (GNF-COOH@DW) նանոհեղուկներն ունեն շփման նույն գործակիցը, ինչ բազային հեղուկը։Ավելի քիչ տարածություն ունեցող ջերմափոխանակիչը ավելի շատ հոսքի խոչընդոտ է ստեղծում և մեծացնում հոսքի շփումը1:Ըստ էության, շփման գործակիցը փոքր-ինչ մեծանում է նանոհեղուկի զանգվածային մասի աճով:Շփման ավելի մեծ կորուստները պայմանավորված են նանոհեղուկի դինամիկ մածուցիկության բարձրացմամբ և մակերևույթի վրա ճեղքող լարվածության ավելացմամբ՝ բազային հեղուկում նանոգրաֆենի ավելի մեծ զանգվածային տոկոսով:Աղյուսակ (1) ցույց է տալիս, որ նանոհեղուկի դինամիկ մածուցիկությունը (ZNP-SDBS@DV) ավելի բարձր է, քան նանոհեղուկինը (ZNP-COOH@DV) նույն քաշի տոկոսով, ինչը կապված է մակերեսային էֆեկտների ավելացման հետ:ակտիվ նյութեր ոչ կովալենտ նանոհեղուկի վրա:
Նկ.8-ը ցույց է տալիս նանոհեղուկը բազային հեղուկի (DW) համեմատ (\(\frac{{\Delta P}_{NFs}}{{\Delta P}_{DW}}\)) (0.025%, 0.05% և 0.1%): )Ոչ կովալենտային (GNPs-SDBS@DW) նանոհեղուկը ցույց է տվել ավելի բարձր միջին ճնշման կորուստ և զանգվածային տոկոսի աճով մինչև 2,04% 0,025% քաշի համար, 2,46% 0,05% քաշի համար:և 3,44% 0,1% քաշի համար:պատյանների ընդլայնմամբ (պարխախույզի անկյունը 45° և 90°):Միևնույն ժամանակ, նանոհեղուկը (GNPs-COOH@DW) ցույց է տվել ավելի ցածր միջին ճնշման կորուստ՝ աճելով 1,31%-ից 0,025% քաշի դեպքում:մինչև 1,65% 0,05% քաշով:0.05 wt.%-COOH@NP և 0.1 wt.%-COOH@NP միջին ճնշման կորուստը կազմում է 1.65%:Ինչպես երևում է, ճնշման անկումը բոլոր դեպքերում մեծանում է Re-ի քանակի ավելացմամբ։Ճնշման բարձր անկումը Re-ի բարձր արժեքներում նշվում է ծավալի հոսքից ուղղակի կախվածությամբ:Հետևաբար, խողովակում Re-ի ավելի մեծ թիվը հանգեցնում է ավելի բարձր ճնշման անկման, ինչը պահանջում է պոմպի հզորության բարձրացում39,40:Բացի այդ, ճնշման կորուստներն ավելի մեծ են՝ պայմանավորված ավելի մեծ մակերևույթի կողմից առաջացած պտույտների և տուրբուլենտության ավելի մեծ ինտենսիվությամբ, ինչը մեծացնում է ճնշման և իներցիայի ուժերի փոխազդեցությունը սահմանային շերտում1:
Ընդհանուր առմամբ, ոչ կովալենտային (VNP-SDBS@DW) և կովալենտային (VNP-COOH@DW) նանոհեղուկների կատարողականի գնահատման չափանիշները (PEC) ներկայացված են Նկ.9. Նանոհեղուկը (ZNP-SDBS@DV) ցույց տվեց ավելի բարձր PEC արժեքներ, քան (ZNP-COOH@DV) երկու դեպքում էլ (պարույրի անկյունը 45° և 90°), և այն բարելավվեց՝ ավելացնելով զանգվածային բաժինը, օրինակ՝ 0,025։ wt.%.կազմում է 1.17, 0.05 wt.%՝ 1.19, իսկ 0.1 wt.%՝ 1.26։Միևնույն ժամանակ, նանոհեղուկների օգտագործմամբ PEC արժեքները (GNPs-COOH@DW) եղել են 1,02՝ 0,025 քաշի դիմաց, 1,05՝ 0,05 քաշի դիմաց, 1,05՝ 0,1 քաշի համար։երկու դեպքում էլ (պարույրի անկյունը 45° և 90°):1.02.Որպես կանոն, Ռեյնոլդսի թվի աճով ջերմահիդրավլիկ արդյունավետությունը զգալիորեն նվազում է։Քանի որ Ռեյնոլդսի թիվը մեծանում է, ջերմահիդրավլիկ արդյունավետության գործակցի նվազումը համակարգված կերպով կապված է (NuNFs/NuDW) և (fNFs/fDW) նվազման հետ:
Նանոհեղուկների հիդրոթերմալ հատկությունները բազային հեղուկների նկատմամբ՝ կախված Ռեյնոլդսի թվերից 45° և 90° անկյուններով խողովակների համար:
Այս բաժնում քննարկվում են ջրի (DW), ոչ կովալենտային (VNP-SDBS@DW) և կովալենտային (VNP-COOH@DW) նանոհեղուկների ջերմային հատկությունները երեք տարբեր զանգվածային կոնցենտրացիաներում և Ռեյնոլդսի թվերով:Ջերմափոխանակիչի երկու փաթաթված երկրաչափություն դիտարկվել է 7000 ≤ Re ≤ 17000 տիրույթում սովորական խողովակների նկատմամբ (պարույրի անկյունները 45° և 90°) միջին ջերմային-հիդրավլիկ արդյունավետությունը գնահատելու համար:Նկ.10-ը ցույց է տալիս ջրի և նանոհեղուկների ջերմաստիճանը ելքի մոտ՝ որպես միջին, օգտագործելով (պարխախույզի անկյուն 45° և 90°) ընդհանուր խողովակի համար (\(\frac{{{T}_{out}}_{Twisted}}{{ {T} _{դուրս}}_{կանոնավոր}}\)):Ոչ կովալենտ (GNP-SDBS@DW) և կովալենտ (GNP-COOH@DW) նանոհեղուկներն ունեն երեք տարբեր քաշային ֆրակցիաներ, ինչպիսիք են 0.025 wt%, 0.05 wt% և 0.1 wt%:Ինչպես ցույց է տրված նկ.11, ելքի ջերմաստիճանի միջին արժեքը (\(\frac{{{T}_{out}}_{Twisted}}{{{T}_{out}}_{Plain}}\)) > 1, ցույց տալով, որ (45° և 90° պարույրի անկյուն) ջերմափոխանակիչի ելքի ջերմաստիճանը ավելի նշանակալի է, քան սովորական խողովակի ջերմաստիճանը` տուրբուլենտության ավելի մեծ ինտենսիվության և հեղուկի ավելի լավ խառնման պատճառով:Բացի այդ, DW-ի, ոչ կովալենտային և կովալենտային նանոհեղուկների ելքի ջերմաստիճանը նվազեց Ռեյնոլդսի թվի աճով:Հիմնական հեղուկը (DW) ունի ելքի ամենաբարձր միջին ջերմաստիճանը:Մինչդեռ ամենացածր արժեքը վերաբերում է 0.1 wt%-SDBS@GNP-ին։Ոչ կովալենտային (GNPs-SDBS@DW) նանոհեղուկները ցույց են տվել ելքի ավելի ցածր միջին ջերմաստիճան՝ համեմատած կովալենտային (GNPs-COOH@DW) նանոհեղուկների հետ։Քանի որ ոլորված ժապավենը հոսքի դաշտն ավելի խառն է դարձնում, մոտ պատի ջերմության հոսքը կարող է ավելի հեշտությամբ անցնել հեղուկի միջով՝ բարձրացնելով ընդհանուր ջերմաստիճանը:Պտտվող ժապավենի ավելի ցածր հարաբերակցությունը հանգեցնում է ավելի լավ ներթափանցման և, հետևաբար, ավելի լավ ջերմության փոխանցման:Մյուս կողմից, երևում է, որ գլորված ժապավենը պատին ավելի ցածր ջերմաստիճան է պահպանում, որն իր հերթին մեծացնում է Nuavg-ը:Ոլորված ժապավենի ներդիրների համար Nuavg ավելի բարձր արժեքը ցույց է տալիս խողովակի ներսում բարելավված կոնվեկտիվ ջերմափոխանակում22:Հոսքի մեծացման և լրացուցիչ խառնման ու տուրբուլենտության պատճառով նստեցման ժամանակը մեծանում է, ինչի հետևանքով ելքում հեղուկի ջերմաստիճանը բարձրանում է41:
Տարբեր նանոհեղուկների Ռեյնոլդսի թվերը սովորական խողովակների ելքի ջերմաստիճանի համեմատ (45° և 90° պարույրի անկյուններ):
Ջերմային փոխանցման գործակիցները (45° և 90° պարույրի անկյուն) տարբեր նանոհեղուկների համար Ռեյնոլդսի թվերի համեմատ՝ սովորական խողովակների համեմատ:
Ընդլայնված ոլորված ժապավենի ջերմափոխադրման հիմնական մեխանիզմը հետևյալն է. 1. Ջերմափոխանակման խողովակի հիդրավլիկ տրամագծի կրճատումը հանգեցնում է հոսքի արագության և կորության ավելացման, որն իր հերթին մեծացնում է պատի կտրվածքի լարվածությունը և նպաստում երկրորդական շարժմանը:2. Փաթաթվող ժապավենի խցանման պատճառով խողովակի պատի արագությունը մեծանում է, իսկ սահմանային շերտի հաստությունը նվազում է:3. Պտուտակային հոսքը ոլորված գոտու հետևում հանգեցնում է արագության բարձրացման:4. Սադրիչ հորձանուտները բարելավում են հեղուկի խառնումը հոսքի կենտրոնական և մոտ պատի շրջանների միջև42:Նկ.11 և նկ.12-ը ցույց է տալիս DW-ի և նանոհեղուկների ջերմային փոխանցման հատկությունները, օրինակ (ջերմային փոխանցման գործակիցը և միջին Նուսելտի թիվը) որպես միջին արժեքներ՝ օգտագործելով ոլորված ժապավենի տեղադրման խողովակները՝ համեմատած սովորական խողովակների հետ:Ոչ կովալենտ (GNP-SDBS@DW) և կովալենտ (GNP-COOH@DW) նանոհեղուկներն ունեն երեք տարբեր քաշային ֆրակցիաներ, ինչպիսիք են 0.025 wt%, 0.05 wt% և 0.1 wt%:Երկու ջերմափոխանակիչներում (45° և 90° պարուրաձև անկյուն) ջերմության փոխանցման միջին ցուցանիշը >1 է, ինչը ցույց է տալիս ջերմափոխանակման գործակիցի և միջին Նուսելտի թվի բարելավումը փաթաթված խողովակներով` համեմատած սովորական խողովակների հետ:Ոչ կովալենտային (GNPs-SDBS@DW) նանոհեղուկները ցույց են տվել ավելի բարձր միջին ջերմափոխանակության բարելավում, քան կովալենտային (GNPs-COOH@DW) նանոհեղուկները:Re = 900-ի դեպքում ջերմափոխանակման արդյունավետության 0.1 wt% բարելավումը -SDBS@GNPs երկու ջերմափոխանակիչների համար (45° և 90° պարույրի անկյուն) ամենաբարձրն էր 1,90 արժեքով:Սա նշանակում է, որ միատեսակ TP էֆեկտն ավելի կարևոր է հեղուկի ցածր արագությունների (Ռեյնոլդսի թիվ)43 և տուրբուլենտության ինտենսիվության բարձրացման դեպքում:Բազմաթիվ պտույտների ներդրման շնորհիվ TT խողովակների ջերմային փոխանցման գործակիցը և միջին Nusselt թիվը ավելի բարձր են, քան սովորական խողովակները, ինչը հանգեցնում է ավելի բարակ սահմանային շերտի:Արդյո՞ք HP-ի առկայությունը մեծացնում է տուրբուլենտության ինտենսիվությունը, աշխատանքային հեղուկի հոսքերի խառնումը և ուժեղացված ջերմափոխանակությունը՝ համեմատած բազային խողովակների հետ (առանց ոլորված-ոլորված ժապավենի տեղադրման)21:
Նուսելտի միջին թիվը (պարխախույզի անկյունը 45° և 90°) համեմատ տարբեր նանոհեղուկների Ռեյնոլդսի թվի համեմատ սովորական խողովակների հետ:
13-ը և 14-ը ցույց են տալիս շփման միջին գործակիցը (\(\frac{{f}_{Twisted}}{{f}_{Plain}}\)) և ճնշման կորստի (\(\frac{{\Delta P}) _ {Twisted}}{{\Delta P}_{Plain}}\}} մոտ 45° և 90° DW նանոհեղուկներ օգտագործող սովորական խողովակների համար, (GNPs-SDBS@DW) և (GNPs-COOH@DW) իոնափոխանակիչը պարունակում է (0,025 wt %, 0,05 wt % և 0,1 wt %). {{f}_{Plain} }\)) և ճնշման կորուստ (\(\frac{{ \Delta P}_{Twisted}}{{\Delta P }_{Պարզ}}\}) նվազում. դեպքերում, շփման գործակիցը և ճնշման կորուստը ավելի բարձր են Ռեյնոլդսի ավելի ցածր թվերի դեպքում: Շփման միջին գործակիցը և ճնշման կորուստը գտնվում են 3,78-ից 3,12-ի միջև: Շփման միջին գործակիցը և ճնշման կորուստը ցույց են տալիս, որ (45° պարույր անկյունային և 90°) ջերմափոխանակիչի արժեքը երեք անգամ ավելի բարձր է, քան սովորական խողովակները: Բացի այդ, երբ աշխատանքային հեղուկը հոսում է ավելի մեծ արագությամբ, շփման գործակիցը նվազում է: Խնդիրն առաջանում է, քանի որ Ռեյնոլդսի թվի մեծացման հետ սահմանային շերտի հաստությունը նվազում է, ինչը հանգեցնում է ազդակիր տարածքի վրա դինամիկ մածուցիկության ազդեցության նվազմանը, արագության գրադիենտների և կտրվածքային լարումների նվազմանը և, հետևաբար, շփման գործակցի նվազմանը21:TT-ի առկայության և ավելացած պտույտի շնորհիվ արգելափակման բարելավված ազդեցությունը հանգեցնում է տարասեռ TT խողովակների ճնշման զգալիորեն ավելի մեծ կորուստների, քան հիմնական խողովակների համար:Բացի այդ, և՛ բազային խողովակի, և՛ TT խողովակի համար երևում է, որ ճնշման անկումը մեծանում է աշխատանքային հեղուկի արագությամբ43:
Շփման գործակիցը (45° և 90° պարույրի անկյուն) տարբեր նանոհեղուկների համար Ռեյնոլդսի թվի համեմատ սովորական խողովակների համեմատ:
Ճնշման կորուստ (45° և 90° պարույրի անկյուն)՝ որպես տարբեր նանոհեղուկների Ռեյնոլդսի թվի ֆունկցիա սովորական խողովակի համեմատ:
Ամփոփելով, Նկար 15-ը ցույց է տալիս կատարողականի գնահատման չափանիշները (PEC) 45° և 90° անկյուններով ջերմափոխանակիչների համար՝ համեմատած սովորական խողովակների հետ (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}} \ ) ) (0.025 wt.%, 0.05 wt.% և 0.1 wt.%)՝ օգտագործելով DV, (VNP-SDBS@DV) և կովալենտ (VNP-COOH@DV) նանոհեղուկներ։Արժեքը (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) > 1 երկու դեպքում էլ (45° և 90° պարույրի անկյուն) ջերմափոխանակիչում:Բացի այդ, (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\))) հասնում է իր լավագույն արժեքին Re = 11000-ում:90° ջերմափոխանակիչը ցույց է տալիս մի փոքր աճ (\ (\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) 45° ջերմափոխանակիչի համեմատ:, Re = 11,000 0,1 wt%-GNPs@SDBS-ում ներկայացնում է ավելի բարձր (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) արժեքներ, օրինակ՝ 1,25 45° ջերմափոխանակիչի անկյունի համար։ և 1.27 90° անկյունային ջերմափոխանակիչի համար:Այն մեկից մեծ է զանգվածային մասի բոլոր տոկոսներում, ինչը ցույց է տալիս, որ ոլորված ժապավենի ներդիրներով խողովակները գերազանցում են սովորական խողովակներին:Հատկանշական է, որ ժապավենի ներդիրներով ապահովված բարելավված ջերմության փոխանցումը հանգեցրեց շփման կորուստների զգալի աճին22:
Տարբեր նանոհեղուկների Ռեյնոլդսի քանակի արդյունավետության չափանիշները սովորական խողովակների նկատմամբ (45° և 90° պարույրի անկյուն):
Հավելված Ա-ն ցույց է տալիս 45° և 90° ջերմափոխանակիչների գծերը Re = 7000-ում՝ օգտագործելով DW, 0,1 wt%-GNP-SDBS@DW և 0,1 wt%-GNP-COOH@DW:Լայնակի հարթության մեջ հոսքագծերը հիմնական հոսքի վրա ոլորված ժապավենի ներդիրների ազդեցության ամենավառ հատկանիշն են:45° և 90° ջերմափոխանակիչների օգտագործումը ցույց է տալիս, որ մոտ պատի շրջանում արագությունը մոտավորապես նույնն է:Միևնույն ժամանակ, հավելված B-ն ցույց է տալիս արագության ուրվագծերը 45° և 90° ջերմափոխանակիչների համար Re = 7000-ում՝ օգտագործելով DW, 0,1 wt%-GNP-SDBS@DW և 0,1 wt%-GNP-COOH@DW:Արագության օղակները գտնվում են երեք տարբեր վայրերում (շերտեր), օրինակ՝ Plain-1 (P1 = -30 մմ), Plain-4 (P4 = 60 մմ) և Plain-7 (P7 = 150 մմ):Խողովակի պատի մոտ հոսքի արագությունը ամենացածրն է, և հեղուկի արագությունը մեծանում է դեպի խողովակի կենտրոնը:Բացի այդ, օդային խողովակով անցնելիս պատի մոտ ցածր արագությունների տարածքը մեծանում է:Դա պայմանավորված է հիդրոդինամիկական սահմանային շերտի աճով, որը մեծացնում է պատի մոտ գտնվող ցածր արագության շրջանի հաստությունը:Բացի այդ, Ռեյնոլդսի թվի ավելացումը մեծացնում է ընդհանուր արագության մակարդակը բոլոր խաչմերուկներում՝ դրանով իսկ նվազեցնելով ալիքում ցածր արագության շրջանի հաստությունը39:
Կովալենտային և ոչ կովալենտորեն ֆունկցիոնալացված գրաֆենի նանոթերթերը գնահատվել են ոլորված ժապավենի ներդիրներում՝ 45° և 90° պարուրաձև անկյուններով:Ջերմափոխանակիչը թվայինորեն լուծվում է SST k-omega տուրբուլենտության մոդելի միջոցով 7000 ≤ Re ≤ 17000 ջերմաստիճանում: Ջերմաֆիզիկական հատկությունները հաշվարկվում են Tin = 308 Կ. Միաժամանակ տաքացրեք ոլորված խողովակի պատը 330 Կ մշտական ​​ջերմաստիճանում: COOH@DV) նոսրացվել է երեք զանգվածային քանակությամբ, օրինակ (0.025 wt.%, 0.05 wt.% և 0.1 wt.%):Ընթացիկ ուսումնասիրությունը հաշվի է առել վեց հիմնական գործոն՝ ելքի ջերմաստիճանը, ջերմության փոխանցման գործակիցը, միջին Նուսելտի թիվը, շփման գործակիցը, ճնշման կորուստը և կատարողականի գնահատման չափանիշները:Ահա հիմնական բացահայտումները.
Միջին ելքի ջերմաստիճանը (\({{T}_{out}}_{Nanofluids}\)/\({{T}_{out}}_{Basefluid}\)) միշտ 1-ից պակաս է, ինչը նշանակում է, որ ոչ տարածված Վալենտային (ZNP-SDBS@DV) և կովալենտ (ZNP-COOH@DV) նանոհեղուկների ելքի ջերմաստիճանը ցածր է հիմնական հեղուկից:Միևնույն ժամանակ, ելքի միջին ջերմաստիճանը (\({T}_{out}}_{Twisted}\)/\({{T}_{out}}_{Plain}\)) արժեքը > 1, որը ցույց է տալիս այն փաստը, որ (45° և 90° պարույրի անկյուն) ելքի ջերմաստիճանը ավելի բարձր է, քան սովորական խողովակների դեպքում:
Երկու դեպքում էլ ջերմության փոխանցման հատկությունների միջին արժեքները (նանոհեղուկ/բազային հեղուկ) և (ոլորված խողովակ/նորմալ խողովակ) միշտ ցույց են տալիս >1:Ոչ կովալենտային (GNPs-SDBS@DW) նանոհեղուկները ցույց են տվել ջերմության փոխանցման ավելի բարձր միջին աճ, որը համապատասխանում է կովալենտային (GNPs-COOH@DW) նանոհեղուկներին:
Ոչ կովալենտ (VNP-SDBS@DW) և կովալենտ (VNP-COOH@DW) նանոհեղուկների շփման միջին գործակիցը (\({f}_{Nanofluids}/{f}_{Basefluid}\)) միշտ ≈1 է։ .ոչ կովալենտ (ZNP-SDBS@DV) և կովալենտ (ZNP-COOH@DV) նանոհեղուկների շփում (\({f}_{Twisted}/{f}_{Plain}\)) միշտ > 3.
Երկու դեպքում էլ (45° և 90° պարույրի անկյուն), նանոհեղուկները (GNPs-SDBS@DW) ցույց են տվել ավելի բարձր (\({\Delta P}_{Nanofluids}/{\Delta P}_{Basefluid}\)) 0,025 wt .% 2.04%, 0.05 wt.% 2.46% և 0.1 wt.% 3.44%:Միևնույն ժամանակ, (GNPs-COOH@DW) նանոհեղուկները ցույց են տվել ավելի ցածր (\({\Delta P}_{Nanofluids}/{\Delta P}_{Basefluid}\)) 1,31% -ից 0,025 wt.% մինչև 1,65% -ը 0,05 է: % ըստ քաշի։Բացի այդ, միջին ճնշման կորուստը (\({\Delta P}_{Twisted}/{\Delta P}_{Plain}\) ոչ կովալենտային (GNPs-SDBS@DW) և կովալենտային (GNPs-COOH@DW) ))) նանոհեղուկներ միշտ >3.
Երկու դեպքում էլ (45° և 90° պարույրի անկյուններ) նանոհեղուկները (GNPs-SDBS@DW) ցույց են տվել ավելի բարձր (\({PEC}_{Nanofluids}/{PEC} _{Basefluid}\)) @DW արժեք) , օրինակ՝ 0.025 wt.% – 1.17, 0.05 wt.% – 1.19, 0.1 wt.% – 1.26.Այս դեպքում, ({PEC}_{Nanofluids}/{PEC}_{Basefluid}\)) (GNPs-COOH@DW) նանոհեղուկների արժեքները 1,02 են 0,025 քաշի համար, 1,05 0-ի համար: , 05 wt.% իսկ 1,02-ը 0,1 % է կշռով։Բացի այդ, Re = 11,000-ում, 0.1 wt%-GNPs@SDBS ցույց է տվել ավելի բարձր արժեքներ (\({PEC}_{Twisted}/{PEC}_{Plain}\)), օրինակ` 1.25 45° պարուրաձև անկյունի համար: և 90° պարուրաձև անկյուն 1.27.
Thianpong, C. et al.Ջերմափոխանակիչում նանոհեղուկ տիտանի երկօքսիդի/ջրի հոսքի բազմաֆունկցիոնալ օպտիմիզացում՝ ուժեղացված դելտա թեւերով ոլորված ժապավենի ներդիրներով:ներքին J. Hot.գիտությունը։172, 107318 (2022):
Langerudi, HG and Jawaerde, C. Ոչ նյուտոնյան հեղուկի հոսքի փորձարարական ուսումնասիրություն տիպիկ և V-աձև ոլորված ժապավեններով փչակներում:Ջերմային և զանգվածային փոխանցում 55, 937–951 (2019):
Dong, X. et al.Պարուրաձև ոլորված խողովակային ջերմափոխանակիչի ջերմափոխանակման բնութագրերի և հոսքի դիմադրության փորձարարական ուսումնասիրություն [J]:Կիրառման ջերմաստիճանը.նախագիծը։176, 115397 (2020):
Yongsiri, K., Eiamsa-Ard, P., Wongcharee, K. & Eiamsa-Ard, SJCS Բարելավված ջերմության փոխանցումը տուրբուլենտ ալիքի հոսքում՝ թեք բաժանող լողակներով:արդիական հետազոտություն.ջերմաստիճանը.նախագիծը։3, 1–10 (2014):