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크기: 3/4인치, 1/2인치, 1인치, 3인치, 2인치
단위 파이프 길이 : 6미터
강철 등급: 201, 304 및 316
등급: 201, 202, 304, 316, 304L, 316L,
자료: 스테인리스강
조건: 새로운
스테인레스 스틸 튜브 코일
크기: 3/4인치, 1/2인치, 1인치, 3인치, 2인치
단위 파이프 길이 : 6미터
강철 등급: 201, 304 및 316
등급: 201, 202, 304, 316, 304L, 316L,
자료: 스테인리스강
조건: 새로운
공유 및 비공유 나노유체는 나선형 각도가 45°와 90°인 꼬인 테이프 인서트가 장착된 원형 튜브에서 테스트되었습니다.레이놀즈 수는 7000 ≤ Re ≤ 17000이었고, 열물리적 특성은 308K에서 평가되었습니다. 물리적 모델은 2-매개변수 난류 점도 모델(SST k-omega 난류)을 사용하여 수치적으로 해결되었습니다.나노유체 ZNP-SDBS@DV 및 ZNP-COOH@DV의 농도(0.025wt.%, 0.05wt.%, 0.1wt.%)가 작업에서 고려되었습니다.꼬인 튜브의 벽은 330K의 일정한 온도에서 가열됩니다. 현재 연구에서는 출구 온도, 열 전달 계수, 평균 누셀 수, 마찰 계수, 압력 손실 및 성능 평가 기준 등 6가지 매개변수가 고려되었습니다.두 경우 모두(나선각 45°와 90°) ZNP-SDBS@DV 나노유체는 ZNP-COOH@DV보다 더 높은 열수력 특성을 보였으며 질량 분율이 증가할수록 증가했습니다(예: 0.025 중량%)., 및 0.05 중량.1.19이다.% 및 1.26 – 0.1 중량%.두 경우(나선각 45°, 90°) 모두 GNP-COOH@DW 사용 시 열역학적 특성 값은 0.025% 중량의 경우 1.02, 0.05% 중량의 경우 1.05입니다.및 0.1중량%의 경우 1.02이다.
열교환기는 냉방 및 난방 운전 중에 열을 전달하는 데 사용되는 열역학적 장치(1)입니다.열 교환기의 열-수력 특성은 열 전달 계수를 향상시키고 작동 유체의 저항을 감소시킵니다.난류 강화제2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 및 나노유체12,13,14,15를 포함하여 열 전달을 개선하기 위한 여러 가지 방법이 개발되었습니다.꼬인 테이프 삽입은 유지 관리가 쉽고 비용이 저렴하기 때문에 열 교환기의 열 전달을 개선하는 가장 성공적인 방법 중 하나입니다7,16.
일련의 실험 및 계산 연구에서 나노유체 혼합물과 꼬인 테이프 삽입물이 있는 열 교환기의 열수 특성이 연구되었습니다.실험 작업에서 세 가지 다른 금속 나노유체(Ag@DW, Fe@DW 및 Cu@DW)의 열수 특성이 바늘 꼬인 테이프(STT) 열 교환기에서 연구되었습니다.기본 파이프와 비교하여 STT의 열 전달 계수는 11% 및 67% 향상되었습니다.SST 레이아웃은 매개변수 α = β = 0.33을 사용하여 효율성 측면에서 경제적 관점에서 가장 좋습니다.또한, Ag@DW를 사용하여 n의 18.2% 증가가 관찰되었으나 압력 손실의 최대 증가는 8.5%에 불과했습니다.코일형 난류기가 있거나 없는 동심 파이프의 열 전달 및 압력 손실의 물리적 과정은 강제 대류가 있는 Al2O3@DW 나노유체의 난류 흐름을 사용하여 연구되었습니다.최대 평균 Nusselt 수(Nuavg)와 압력 손실은 코일 피치 = 25 mm 및 Al2O3@DW 나노유체 1.6 vol.%일 때 Re = 20,000에서 관찰됩니다.WC 삽입물이 있는 거의 원형 튜브를 통해 흐르는 산화그래핀 나노유체(GO@DW)의 열 전달 및 압력 손실 특성을 연구하기 위한 실험실 연구도 수행되었습니다.결과는 0.12 vol%-GO@DW가 대류 열전달 계수를 약 77% 증가시키는 것으로 나타났습니다.또 다른 실험 연구에서는 꼬인 테이프 인서트가 장착된 움푹 들어간 튜브의 열-수력 특성을 연구하기 위해 나노유체(TiO2@DW)가 개발되었습니다.1.258의 최대 열수 효율은 비틀림 계수가 3.0인 45° 경사 샤프트에 내장된 0.15 vol%-TiO2@DW를 사용하여 달성되었습니다.단상 및 2상(하이브리드) 시뮬레이션 모델은 다양한 고체 농도(1~4% vol.%)21에서 CuO@DW 나노유체의 흐름과 열 전달을 고려합니다.꼬인 테이프 1개를 삽입한 튜브의 최대 열효율은 2.18이고, 동일한 조건에서 두 개의 꼬인 테이프를 삽입한 튜브의 최대 열효율은 2.04입니다(2상 모델, Re = 36,000 및 4 vol.%).메인 파이프와 꼬인 인서트가 있는 파이프에서 카르복시메틸 셀룰로오스(CMC)와 산화 구리(CuO)의 비뉴턴 난류 나노유체 흐름이 연구되었습니다.Nuavg는 16.1%(주 파이프라인의 경우) 및 60%((H/D = 5) 비율의 코일 파이프라인의 경우)의 개선을 보여줍니다.일반적으로 트위스트-리본 비율이 낮을수록 마찰계수가 높아집니다.실험적 연구에서는 꼬인 테이프(TT)와 코일(VC)이 있는 파이프가 열 전달 특성과 마찰 계수에 미치는 영향이 CuO@DW 나노유체를 사용하여 연구되었습니다.0.3vol을 사용합니다.Re = 20,000에서 %-CuO@DW를 사용하면 VK-2 파이프의 열 전달을 최대 44.45%까지 증가시킬 수 있습니다.또한 동일한 경계 조건에서 연선 케이블과 코일 인서트를 사용할 경우 마찰계수가 DW에 비해 1.17 및 1.19배 증가합니다.일반적으로 코일에 삽입된 나노유체의 열효율은 연선에 삽입된 나노유체의 열효율보다 더 좋습니다.난류(MWCNT@DW) 나노유체 흐름의 체적 특성은 나선형 와이어에 삽입된 수평 튜브 내부에서 연구되었습니다.열 성능 매개변수는 모든 경우에 대해 > 1이었는데, 이는 나노유체와 코일 인서트의 조합이 펌프 전력을 소모하지 않고 열 전달을 향상시킨다는 것을 나타냅니다.Abstract - 수정된 꼬인 V자형 테이프(VcTT)로 만들어진 다양한 인서트가 있는 2파이프 열교환기의 열수 특성이 Al2O3 + TiO2@DW 나노유체의 난류 조건에서 연구되었습니다.기본 튜브의 DW와 비교하여 Nuavg는 132%의 상당한 개선과 최대 55%의 마찰 계수를 제공합니다.또한, 2파이프 열 교환기26에서 Al2O3+TiO2@DW 나노복합체의 에너지 효율이 논의되었습니다.그들의 연구에서 그들은 Al2O3 + TiO2@DW와 TT를 사용하면 DW에 비해 엑서지 효율이 향상된다는 것을 발견했습니다.VcTT 터뷸레이터가 있는 동심 관형 열교환기에서 Singh과 Sarkar는 상변화 물질(PCM), 분산된 단일/나노복합 나노유체(PCM 및 Al2O3 + PCM이 포함된 Al2O3@DW)를 사용했습니다.그들은 비틀림 계수가 감소하고 나노입자 농도가 증가함에 따라 열 전달 및 압력 손실이 증가한다고 보고했습니다.V-노치 깊이 계수가 크거나 폭 계수가 작을수록 열 전달 및 압력 손실이 커질 수 있습니다.또한, 그래핀-백금(Gr-Pt)은 2-TT28 인서트가 있는 튜브의 열, 마찰 및 전체 엔트로피 생성 속도를 조사하는 데 사용되었습니다.그들의 연구는 상대적으로 높은 마찰 엔트로피 발생에 비해 더 적은 비율의 (Gr-Pt)가 열 엔트로피 생성을 크게 감소시키는 것으로 나타났습니다.증가된 비율(h/Δp)이 2튜브 열 교환기(29)의 열수 성능을 향상시킬 수 있기 때문에 혼합된 Al2O3@MgO 나노유체와 원뿔형 WC는 좋은 혼합물로 간주될 수 있습니다.수치 모델은 DW30에 현탁된 다양한 3부분 하이브리드 나노유체(THNF)(Al2O3 + 그래핀 + MWCNT)를 사용하는 열교환기의 에너지 절약 및 환경 성능을 평가하는 데 사용됩니다.1.42~2.35 범위의 성능 평가 기준(PEC)으로 인해 DTTI(Depressed Twisted Turbulizer Insert)와 (Al2O3 + Graphene + MWCNT)의 조합이 필요합니다.
지금까지 열유체의 유체역학적 흐름에서 공유 및 비공유 기능화의 역할에 대해서는 거의 관심을 기울이지 않았습니다.본 연구의 구체적인 목적은 나선각이 45°와 90°인 꼬인 테이프 인서트에서 나노유체(ZNP-SDBS@DV)와 (ZNP-COOH@DV)의 열수력 특성을 비교하는 것이었습니다.열물리적 특성은 주석 = 308K에서 측정되었습니다. 이 경우 비교 과정에서 (0.025wt.%, 0.05wt.% 및 0.1wt.%)와 같은 세 가지 질량 분율이 고려되었습니다.3D 난류 유동 모델(SST k-Ω)의 전단 응력 전달은 열수력 특성을 해결하는 데 사용됩니다.따라서 본 연구는 긍정적인 특성(열 전달)과 부정적인 특성(마찰에 대한 압력 강하) 연구에 크게 기여하여 이러한 엔지니어링 시스템에서 열수력 특성과 실제 작동 유체의 최적화를 입증합니다.
기본 구성은 평활관(L = 900mm, Dh = 20mm)입니다.삽입된 꼬인 테이프 치수(길이 = 20mm, 두께 = 0.5mm, 프로파일 = 30mm).이 경우 나선형 프로파일의 길이, 너비, 스트로크는 각각 20mm, 0.5mm, 30mm였습니다.꼬인 테이프는 45°와 90°로 기울어져 있습니다.Tin = 308 K에서 DW, 비공유 나노유체(GNF-SDBS@DW) 및 공유 나노유체(GNF-COOH@DW)와 같은 다양한 작동 유체, 세 가지 다른 질량 농도 및 다른 레이놀즈 수.테스트는 열교환기 내부에서 수행되었습니다.열 전달 개선을 위한 매개변수를 테스트하기 위해 나선형 튜브의 외벽을 330K의 일정한 표면 온도로 가열했습니다.
그림에.도 1은 적용 가능한 경계 조건 및 메쉬 영역을 갖는 트위스트 테이프 삽입 튜브를 개략적으로 도시한다.앞서 언급한 바와 같이 속도 및 압력 경계 조건은 나선의 입구 및 출구 부분에 적용됩니다.일정한 표면 온도에서는 파이프 벽에 미끄럼 방지 조건이 적용됩니다.현재 수치 시뮬레이션은 압력 기반 솔루션을 사용합니다.동시에, 유한체적법(FMM)을 사용하여 편미분 방정식(PDE)을 대수 방정식 시스템으로 변환하는 프로그램(ANSYS FLUENT 2020R1)이 사용됩니다.2차 SIMPLE 방법(순차 압력 종속 방정식에 대한 반암시적 방법)은 속도-압력과 관련이 있습니다.질량, 운동량, 에너지 방정식에 대한 잔차의 수렴은 각각 103과 106보다 작다는 점을 강조해야 합니다.
p 물리적 및 계산 영역의 다이어그램: (a) 나선 각도 90°, (b) 나선 각도 45°, (c) 나선형 블레이드 없음.
나노유체의 특성을 설명하기 위해 균질 모델이 사용됩니다.기본유체(DW)에 나노물질을 첨가함으로써 우수한 열적 특성을 지닌 연속유체를 형성합니다.이 점에서 베이스유체와 나노물질의 온도와 속도는 동일한 값을 갖는다.위의 이론과 가정으로 인해 본 연구에서는 효율적인 단상 흐름이 작동합니다.여러 연구에서 나노유체 흐름에 대한 단상 기술의 효율성과 적용 가능성이 입증되었습니다.
나노유체의 흐름은 뉴턴식 난류, 비압축성 및 고정적이어야 합니다.압축 작업과 점성 가열은 이 연구에서 관련이 없습니다.또한 파이프의 내벽과 외벽의 두께는 고려되지 않습니다.따라서 열모델을 정의하는 질량, 운동량, 에너지 보존 방정식은 다음과 같이 표현될 수 있습니다.
여기서 \(\overrightarrow{V}\)는 평균 속도 벡터이고, Keff = K + Kt는 공유 및 비공유 나노유체의 유효 열전도도이고, ε는 에너지 소산율입니다.표에 표시된 밀도(ρ), 점도(μ), 비열 용량(Cp) 및 열전도도(k)를 포함한 나노유체의 유효 열물리적 특성은 실험 연구 중에 308K1의 온도에서 측정되었습니다. 이 시뮬레이터에서는.
기존 및 TT 튜브의 난류 나노유체 흐름에 대한 수치 시뮬레이션은 레이놀즈 수 7000 ≤ Re ≤ 17000에서 수행되었습니다. 이러한 시뮬레이션과 대류 열 전달 계수는 레이놀즈 난류에 대해 평균화된 전단 응력 전달(SST)의 Mentor의 κ-Ω 난류 모델을 사용하여 분석되었습니다. 공기 역학 연구에 일반적으로 사용되는 모델 Navier-Stokes.또한 이 모델은 벽 기능 없이 작동하며 벽 35,36 근처에서 정확합니다.(SST) 난류모델의 κ-Ω 지배방정식은 다음과 같습니다.
여기서 \(S\)는 변형률 값이고 \(y\)는 인접 표면까지의 거리입니다.한편, \({\alpha}_{1}\), \({\alpha}_{2}\), \({\beta}_{1}\), \({\beta}_{ 2 }\), \({\beta}^{*}\), \({\sigma}_{{k}_{1}}\), \({\sigma}_{{k}_{ 2 }}\), \({\sigma}_{{\omega}_{1}}\) 및 \({\sigma}_{{\omega}_{2}}\)는 모든 모델 상수를 나타냅니다.F1과 F2는 혼합된 기능입니다.참고: 경계층에서는 F1 = 1이고 다가오는 흐름에서는 0입니다.
성능 평가 매개변수는 난류 대류 열 전달, 공유 및 비공유 나노유체 흐름을 연구하는 데 사용됩니다. 예를 들면31:
이 맥락에서 (\(\rho\)), (\(v\)), (\({D}_{h}\)) 및 (\(\mu\))는 밀도, 유체 속도에 사용됩니다. , 수력 직경 및 동적 점도.(\({C}_{p}\, \mathrm{u}\, k\)) – 흐르는 유체의 비열 용량 및 열전도율.또한 (\(\dot{m}\))는 질량유량을 나타내고, (\({T}_{out}-{T}_{in}\))은 입구와 출구의 온도차를 나타낸다.(NFs)는 공유, 비공유 나노유체를 의미하고, (DW)는 증류수(기본유체)를 의미합니다.\({A}_{s} = \pi DL\), \({\overline{T}}_{f}=\frac{\left({T}_{out}-{T}_{in }\right)}{2}\) 및 \({\overline{T}}_{w}=\sum \frac{{T}_{w}}{n}\).
기본 유체(DW), 비공유 나노유체(GNF-SDBS@DW) 및 공유 나노유체(GNF-COOH@DW)의 열물리적 특성은 출판된 문헌(실험 연구), Sn = 308 K에서 다음과 같이 가져왔습니다. 표 134에 나와 있습니다. 알려진 질량 백분율을 갖는 비공유(GNP-SDBS@DW) 나노유체를 얻기 위한 일반적인 실험에서, 초기에 특정 그램의 1차 GNP를 디지털 저울에서 계량했습니다.SDBS/기본 GNP의 가중치 비율은 DW에서 (0.5:1)입니다.이 경우 HNO3와 H2SO4의 부피비(1:3)를 갖는 강산성 매질을 사용하여 GNP 표면에 카르복실기를 첨가하여 공유결합(COOH-GNP@DW) 나노유체를 합성했습니다.공유 및 비공유 나노유체는 0.025 중량%, 0.05 중량% 등 세 가지 다른 중량 비율로 DW에 현탁되었습니다.그리고 질량의 0.1%.
메쉬 크기가 시뮬레이션에 영향을 미치지 않는지 확인하기 위해 4개의 서로 다른 계산 영역에서 메쉬 독립성 테스트를 수행했습니다.45° 토션파이프의 경우, 단위크기 1.75mm의 단위수는 249,033개, 단위크기 2mm의 단위수는 307,969개, 단위크기 2.25mm의 단위수는 421,406개, 단위수는 421,406개이다. 단위 크기는 각각 2 .5 mm 564 940입니다.또한 90° 꼬인 파이프의 예에서 요소 크기가 1.75mm인 요소 수는 245,531개, 요소 크기가 2mm인 요소 수는 311,584개, 요소 크기가 2.25mm인 요소 수는 다음과 같습니다. 422,708개, 요소 크기 2.5mm의 요소 수는 각각 573,826개입니다.(Tout, htc 및 Nuavg)와 같은 열 특성 판독의 정확도는 요소 수가 감소함에 따라 증가합니다.동시에 마찰계수와 압력강하 값의 정확도도 완전히 다른 거동을 보였다(그림 2).시뮬레이션된 경우의 열수력 특성을 평가하기 위해 그리드(2)를 주 그리드 영역으로 사용했습니다.
45° 및 90°로 꼬인 DW 튜브 쌍을 사용하여 메시와 독립적으로 열 전달 및 압력 강하 성능을 테스트합니다.
현재 수치 결과는 Dittus-Belter, Petukhov, Gnelinsky, Notter-Rouse 및 Blasius와 같은 잘 알려진 경험적 상관 관계 및 방정식을 사용하여 열 전달 성능 및 마찰 계수에 대해 검증되었습니다.비교는 7000≤Re≤17000의 조건으로 진행되었다.그림에 따르면.도 3을 참조하면, 시뮬레이션 결과와 열전달 방정식 간의 평균 및 최대 오차는 4.050과 5.490%(Dittus-Belter), 9.736과 11.33%(Petukhov), 4.007과 7.483%(Gnelinsky), 3.883%와 4.937%( 노트벨터).장미).이 경우 시뮬레이션 결과와 마찰계수 방정식 간의 평균 및 최대 오차는 각각 7.346% 및 8.039%(Blasius), 8.117% 및 9.002%(Petukhov)입니다.
수치 계산과 경험적 상관 관계를 사용하여 다양한 레이놀즈 수에서 DW의 열 전달 및 유체 역학 특성.
이 섹션에서는 세 가지 다른 질량 분율에서의 비공유(LNP-SDBS) 및 공유(LNP-COOH) 수성 나노유체의 열적 특성과 기본 유체(DW)에 대한 평균인 레이놀즈 수를 논의합니다.코일형 벨트 열교환기의 두 가지 형상(나선각 45° 및 90°)이 7000 ≤ Re ≤ 17000에 대해 논의됩니다.4는 나노유체가 기저유체(DW)로 빠져나갈 때의 평균 온도를 보여준다. DW } } \) ) (0.025% 중량, 0.05% 중량 및 0.1% 중량).(\(\frac{{{T}_{out}}_{NFs}}{{{T}_{out}}_{DW}}\))는 항상 1보다 작습니다. 이는 출구 온도가 비공유(VNP-SDBS) 나노유체와 공유(VNP-COOH) 나노유체는 기본 액체 출구 온도보다 낮습니다.가장 낮은 감소율과 가장 높은 감소율은 각각 0.1wt%-COOH@GNPs와 0.1wt%-SDBS@GNPs였습니다.이러한 현상은 일정한 질량 분율에서 레이놀즈 수가 증가하기 때문에 발생하며, 이는 나노유체의 특성(즉, 밀도 및 동적 점도)의 변화로 이어집니다.
그림 5와 6은 (0.025wt.%, 0.05wt.% 및 0.1wt.%)에서 기본 유체(DW)로의 나노유체의 평균 열 전달 특성을 보여줍니다.평균 열 전달 특성은 항상 1보다 큽니다. 이는 비공유(LNP-SDBS) 및 공유(LNP-COOH) 나노유체의 열 전달 특성이 기본 유체에 비해 향상되었음을 의미합니다.0.1wt%-COOH@GNPs 및 0.1wt%-SDBS@GNPs는 각각 가장 낮은 이득과 가장 높은 이득을 달성했습니다.파이프(1)의 유체 혼합 및 난류 증가로 인해 레이놀즈 수가 증가하면 열 전달 성능이 향상됩니다.작은 틈을 통과하는 유체는 더 높은 속도에 도달하여 속도/열 경계층이 얇아지고 이로 인해 열 전달 속도가 증가합니다.기본 유체에 더 많은 나노입자를 추가하면 긍정적인 결과와 부정적인 결과가 모두 나타날 수 있습니다.유익한 효과에는 나노입자 충돌 증가, 유리한 유체 열전도도 요구 사항 및 향상된 열 전달이 포함됩니다.
45° 및 90° 튜브의 레이놀즈 수에 따라 달라지는 나노유체에서 기본 유체로의 열 전달 계수.
동시에, 부정적인 효과는 나노유체의 동적 점도의 증가이며, 이는 나노유체의 이동성을 감소시켜 평균 Nusselt 수(Nuavg)를 감소시킵니다.나노유체(ZNP-SDBS@DW) 및 (ZNP-COOH@DW)의 증가된 열전도도는 DW37에 부유하는 그래핀 나노입자의 브라운 운동 및 미세 대류로 인한 것입니다.나노유체(ZNP-COOH@DV)의 열전도도는 나노유체(ZNP-SDBS@DV)와 증류수의 열전도율보다 높습니다.기본 유체에 더 많은 나노물질을 추가하면 열전도도가 증가합니다(표 1)38.
그림 7은 기본 유체(DW)(f(NFs)/f(DW))와 나노유체의 평균 마찰 계수를 질량 백분율(0.025%, 0.05% 및 0.1%)로 보여줍니다.평균 마찰 계수는 항상 1입니다. 이는 비공유(GNF-SDBS@DW) 및 공유(GNF-COOH@DW) 나노유체가 기본 유체와 동일한 마찰 계수를 가짐을 의미합니다.공간이 적은 열교환기는 흐름을 더 많이 방해하고 흐름 마찰을 증가시킵니다1.기본적으로 마찰계수는 나노유체의 질량분율이 증가함에 따라 약간 증가합니다.더 높은 마찰 손실은 나노유체의 동적 점도 증가와 기본 유체의 나노그래핀 질량 비율이 높아 표면의 전단 응력 증가로 인해 발생합니다.표(1)은 동일한 중량%에서 나노유체(ZNP-SDBS@DV)의 동적 점도가 나노유체(ZNP-COOH@DV)의 동적 점도보다 높음을 보여주며 이는 표면 효과의 추가와 관련이 있습니다.비공유 나노유체의 활성제.
그림에.도 8은 (0.025%, 0.05% 및 0.1%에서 기본 유체(DW) (\(\frac{{\Delta P}_{NFs}}{{\Delta P}_{DW}}\))와 비교한 나노유체를 보여줍니다. ).비공유(GNPs-SDBS@DW) 나노유체는 더 높은 평균 압력 손실을 보였으며, 질량 백분율이 0.025% 중량의 경우 2.04%, 0.05% 중량의 경우 2.46%로 증가했습니다.및 0.1% 중량에 대해 3.44%.케이스 확대(나선각 45° 및 90°).한편, 나노유체(GNPs-COOH@DW)는 1.31%에서 0.025% 중량으로 증가하여 더 낮은 평균 압력 손실을 보였다.0.05% 중량에서 최대 1.65%0.05wt.%-COOH@NP와 0.1wt.%-COOH@NP의 평균 압력 손실은 1.65%이다.볼 수 있듯이 모든 경우에 Re 수가 증가함에 따라 압력 강하가 증가합니다.높은 Re 값에서 증가된 압력 강하는 체적 흐름에 대한 직접적인 의존성으로 나타납니다.따라서 튜브의 Re 수치가 높을수록 압력 강하가 높아져 펌프 전력이 증가합니다.또한 더 넓은 표면적에 의해 생성된 소용돌이 및 난류의 더 높은 강도로 인해 압력 손실이 더 높으며, 이는 경계층에서 압력과 관성력의 상호 작용을 증가시킵니다1.
일반적으로 비공유(VNP-SDBS@DW) 및 공유(VNP-COOH@DW) 나노유체에 대한 성능 평가 기준(PEC)이 그림 1과 2에 나와 있습니다.9. 두 경우 모두(나선각 45° 및 90°)에서 나노유체(ZNP-SDBS@DV)가 (ZNP-COOH@DV)보다 더 높은 PEC 값을 나타냈으며 질량 분율을 증가시켜(예: 0.025) 개선되었습니다. 중량%.1.17, 0.05wt.%는 1.19, 0.1wt.%는 1.26입니다.한편, 나노유체(GNPs-COOH@DW)를 이용한 PEC 값은 0.025wt%에서 1.02, 0.05wt%에서 1.05, 0.1wt%에서 1.05로 나타났다.두 경우 모두(나선각 45° 및 90°).1.02.일반적으로 레이놀즈 수가 증가하면 열수력 효율이 크게 감소합니다.레이놀즈 수가 증가함에 따라 열수력 효율 계수의 감소는 (NuNFs/NuDW)의 증가 및 (fNFs/fDW)의 감소와 체계적으로 연관되어 있습니다.
45° 및 90° 각도의 튜브에 대한 레이놀즈 수에 따른 기본 유체에 대한 나노유체의 열수 특성.
이 섹션에서는 세 가지 다른 질량 농도와 레이놀즈 수에서 물(DW), 비공유(VNP-SDBS@DW) 및 공유(VNP-COOH@DW) 나노유체의 열적 특성을 논의합니다.평균 열수력 성능을 평가하기 위해 기존 파이프(나선 각도 45° 및 90°)에 대해 7000 ≤ Re ≤ 17000 범위에서 두 개의 코일형 벨트 열 교환기 형상을 고려했습니다.그림에.10은 공통 파이프(\(\frac{{{T}_{out}}_{Twisted}}{{)에 대해 (나선각 45° 및 90°)를 사용하여 출구에서 물과 나노유체의 평균 온도를 보여줍니다. {T} _{외부}}_{일반}}\)).비공유(GNP-SDBS@DW) 및 공유(GNP-COOH@DW) 나노유체는 0.025wt%, 0.05wt%, 0.1wt% 등 세 가지 다른 중량 분율을 갖습니다.그림과 같이.11, 출구온도의 평균값 (\(\frac{{{T}_{out}}_{Twisted}}{{{T}_{out}}_{Plain}}\)) > 1, 이는 더 큰 난류 강도와 더 나은 액체 혼합으로 인해 열 교환기 출구 온도(45° 및 90° 나선 각도)가 기존 파이프의 온도보다 더 중요하다는 것을 나타냅니다.또한, DW, 비공유 및 공유 나노유체 출구 온도는 레이놀즈 수가 증가함에 따라 감소하였다.기본 유체(DW)의 평균 출구 온도가 가장 높습니다.한편, 가장 낮은 값은 0.1wt%-SDBS@GNPs를 의미한다.비공유(GNPs-SDBS@DW) 나노유체는 공유(GNPs-COOH@DW) 나노유체에 비해 더 낮은 평균 출구 온도를 보여주었습니다.꼬인 테이프는 유동장을 더욱 혼합시키기 때문에 벽 근처의 열 유속이 액체를 더 쉽게 통과하여 전체 온도를 높일 수 있습니다.트위스트-테이프 비율이 낮을수록 침투력이 향상되어 열 전달이 향상됩니다.반면, 롤링된 테이프는 벽에 대해 더 낮은 온도를 유지하며, 이는 결국 Nuavg를 증가시키는 것을 볼 수 있습니다.꼬인 테이프 인서트의 경우 Nuavg 값이 높을수록 튜브 내의 대류 열 전달이 향상되었음을 나타냅니다.증가된 유동 경로와 추가 혼합 및 난류로 인해 체류 시간이 증가하여 출구에서 액체의 온도가 증가합니다41.
기존 튜브의 출구 온도(45° 및 90° 나선 각도)에 따른 다양한 나노유체의 레이놀즈 수.
기존 튜브와 비교한 다양한 나노유체의 열 전달 계수(45° 및 90° 나선 각도) 대 레이놀즈 수.
강화된 코일형 테이프 열전달의 주요 메커니즘은 다음과 같습니다. 1. 열교환 튜브의 수력학적 직경을 줄이면 유속과 곡률이 증가하여 벽의 전단 응력이 증가하고 2차 이동이 촉진됩니다.2. 와인딩 테이프의 막힘으로 인해 파이프 벽의 속도가 증가하고 경계층의 두께가 감소합니다.3. 꼬인 벨트 뒤의 나선형 흐름으로 인해 속도가 증가합니다.4. 유도된 소용돌이는 흐름의 중앙 영역과 벽 근처 영역 사이의 유체 혼합을 향상시킵니다42.그림에.11 및 그림.도 12는 DW 및 나노유체의 열 전달 특성(예: 열 전달 계수 및 평균 너셀트 수)을 기존 튜브와 비교하여 꼬인 테이프 삽입 튜브를 사용한 평균으로 보여줍니다.비공유(GNP-SDBS@DW) 및 공유(GNP-COOH@DW) 나노유체는 0.025wt%, 0.05wt%, 0.1wt% 등 세 가지 다른 중량 분율을 갖습니다.두 열 교환기(45° 및 90° 나선 각도)에서 평균 열 전달 성능은 1보다 크며, 이는 기존 튜브에 비해 코일형 튜브의 열 전달 계수 및 평균 너셀트 수가 향상되었음을 나타냅니다.비공유(GNPs-SDBS@DW) 나노유체는 공유(GNPs-COOH@DW) 나노유체보다 평균 열전달 개선이 더 높았습니다.Re = 900에서 두 열교환기(45° 및 90° 나선각)에 대한 열 전달 성능 -SDBS@GNPs의 0.1wt% 향상은 1.90의 값으로 가장 높았습니다.이는 균일한 TP 효과가 낮은 유속(레이놀즈 수)43과 난류 강도가 증가할 때 더 중요하다는 것을 의미합니다.다중 와류의 도입으로 인해 TT 튜브의 열 전달 계수와 평균 Nusselt 수는 기존 튜브보다 높아 경계층이 더 얇아집니다.HP가 존재하면 기본 파이프(꼬인 테이프를 삽입하지 않음)에 비해 난류의 강도, 작동 유체 흐름의 혼합 및 향상된 열 전달이 증가합니까?
기존 튜브와 비교한 다양한 나노유체의 평균 누셀트 수(나선각 45° 및 90°) 대 레이놀즈 수.
그림 13과 14는 평균 마찰 계수(\(\frac{{f}_{Twisted}}{{f}_{Plain}}\))와 압력 손실(\(\frac{{\Delta P} _ {Twisted}}{{\Delta P}_{Plain}}\}} DW 나노유체를 사용하는 기존 파이프의 경우 약 45° 및 90°, (GNPs-SDBS@DW) 및 (GNPs-COOH@DW) 이온 교환기 포함 (0.025wt%, 0.05wt% 및 0.1wt%). {{f}_{Plain} }\)) 및 압력 손실(\(\frac{{ \Delta P}_{Twisted}}{{\Delta P }_{Plain}}\}) 감소 사례에서는 레이놀즈 수가 낮을수록 마찰계수와 압력 손실이 더 높습니다. 평균 마찰 계수와 압력 손실은 3.78과 3.12 사이입니다. 평균 마찰 계수와 압력 손실은 (45° 나선)을 보여줍니다. 각도 및 90°) 열교환기는 기존 파이프에 비해 가격이 3배 높으며, 또한 작동유체가 고속으로 흐르게 되면 마찰계수가 감소하게 되는데, 레이놀즈 수가 증가할수록 경계층의 두께가 두꺼워져 문제가 발생한다. 감소하면 영향을 받은 부위에 대한 동적 점도의 영향이 감소하고 속도 구배와 전단 응력이 감소하며 결과적으로 마찰 계수가 감소합니다.TT의 존재와 증가된 소용돌이로 인해 향상된 차단 효과는 기본 파이프보다 이종 TT 파이프의 압력 손실이 훨씬 더 높습니다.또한 베이스파이프와 TT파이프 모두 작동유체의 속도에 따라 압력강하가 증가하는 것을 알 수 있다43.
기존 튜브와 비교한 다양한 나노유체의 마찰계수(45° 및 90° 나선형 각도) 대 레이놀즈 수.
기존 튜브에 비해 다양한 나노유체에 대한 레이놀즈 수의 함수로서 압력 손실(45° 및 90° 나선형 각도).
요약하면 그림 15는 일반 튜브와 비교하여 45° 및 90° 각도의 열교환기에 대한 성능 평가 기준(PEC)을 보여줍니다(\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}} \ ) ) DV, (VNP-SDBS@DV) 및 공유결합(VNP-COOH@DV) 나노유체를 사용하여 (0.025 중량%, 0.05 중량% 및 0.1 중량%).열 교환기의 두 경우 모두(45° 및 90° 나선 각도) 값(\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) > 1입니다.또한 (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\))는 Re = 11,000에서 최고 값에 도달합니다.90° 열 교환기는 45° 열 교환기에 비해 (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\))가 약간 증가한 것으로 나타났습니다., Re = 11,000에서 0.1wt%-GNPs@SDBS는 더 높은(\(\frac{{PEC}_{꼬임}}{{PEC}_{일반}}\)) 값을 나타냅니다(예: 45° 열교환기 코너의 경우 1.25). 90° 코너 열 교환기의 경우 1.27입니다.이는 질량 분율의 모든 백분율에서 1보다 크며, 이는 꼬인 테이프 인서트가 있는 파이프가 기존 파이프보다 우수함을 나타냅니다.특히, 테이프 인서트에 의해 제공되는 향상된 열 전달로 인해 마찰 손실이 크게 증가했습니다.
기존 튜브(45° 및 90° 나선형 각도)와 관련된 다양한 나노유체의 레이놀즈 수에 대한 효율성 기준.
부록 A는 DW, 0.1wt%-GNP-SDBS@DW 및 0.1wt%-GNP-COOH@DW를 사용하여 Re = 7000에서 45° 및 90° 열 교환기에 대한 유선형을 보여줍니다.횡단면의 유선형은 주 흐름에 대한 꼬인 리본 삽입 효과의 가장 눈에 띄는 특징입니다.45° 및 90° 열 교환기를 사용하면 벽 근처 영역의 속도가 거의 동일하다는 것을 알 수 있습니다.한편, 부록 B는 DW, 0.1wt%-GNP-SDBS@DW 및 0.1wt%-GNP-COOH@DW를 사용하여 Re = 7000에서 45° 및 90° 열교환기의 속도 윤곽을 보여줍니다.속도 루프는 세 가지 다른 위치(슬라이스)에 있습니다. 예를 들어 Plain-1(P1 = −30mm), Plain-4(P4 = 60mm) 및 Plain-7(P7 = 150mm)입니다.파이프 벽 근처의 유속은 가장 낮고 파이프 중심으로 갈수록 유체 속도가 증가합니다.또한 공기 덕트를 통과할 때 벽 근처의 저속 영역이 증가합니다.이는 유체역학적 경계층의 성장으로 인해 벽 근처의 저속 영역의 두께가 증가하기 때문입니다.또한 레이놀즈 수를 증가시키면 모든 단면의 전체 속도 수준이 증가하여 채널(39)의 저속 영역의 두께가 감소합니다.
공유 및 비공유 기능화된 그래핀 나노시트는 나선 각도가 45°와 90°인 꼬인 테이프 삽입물에서 평가되었습니다.열 교환기는 7000 ≤ Re ≤ 17000에서 SST k-오메가 난류 모델을 사용하여 수치적으로 해석됩니다. 열물리적 특성은 Tin = 308K에서 계산됩니다. 꼬인 튜브 벽을 330K의 일정한 온도에서 동시에 가열합니다. COOH@DV) 예를 들어 0.025wt.%, 0.05wt.%, 0.1wt.% 등 3가지 질량량으로 희석되었습니다.본 연구에서는 출구온도, 열전달계수, 평균 누셀수, 마찰계수, 압력손실, 성능평가 기준 등 6가지 주요 요인을 고려하였다.주요 결과는 다음과 같습니다.
평균 출구 온도(\({{T}_{out}}_{Nanofluids}\)/\({{T}_{out}}_{Basefluid}\))는 항상 1보다 작습니다. 이는 다음을 의미합니다. 비확산 원자가(ZNP-SDBS@DV) 및 공유결합(ZNP-COOH@DV) 나노유체의 출구 온도는 기본 액체의 출구 온도보다 낮습니다.한편, 평균 출구 온도(\({{T}_{out}}_{Twisted}\)/\({{T}_{out}}_{Plain}\)) 값 > 1을 나타냅니다. 사실(나선각 45° 및 90°) 출구 온도는 기존 튜브보다 높습니다.
두 경우 모두 열전달 특성(나노유체/기저유체)과 (꼬인 튜브/일반 튜브)의 평균값은 항상 >1을 나타냅니다.비공유(GNPs-SDBS@DW) 나노유체는 공유(GNPs-COOH@DW) 나노유체에 상응하는 열 전달의 더 높은 평균 증가를 보여주었습니다.
비공유(VNP-SDBS@DW) 및 공유(VNP-COOH@DW) 나노유체의 평균 마찰 계수(\({f}_{Nanofluids}/{f}_{Basefluid}\))는 항상 1입니다. .항상 > 3에 대한 비공유(ZNP-SDBS@DV) 및 공유(ZNP-COOH@DV) 나노유체(\({f}_{Twisted}/{f}_{Plain}\))의 마찰.
두 경우 모두(45° 및 90° 나선각) 나노유체(GNPs-SDBS@DW)가 (\({\Delta P}_{Nanofluid}/{\Delta P}_{Basefluid}\)) 0.025 더 높은 값을 나타냈습니다. 2.04%의 경우 중량%, 2.46%의 경우 0.05중량%, 3.44%의 경우 0.1중량%입니다.한편, (GNPs-COOH@DW) 나노유체는 0.025wt.%에 대해 1.31%에서 1.65%로 더 낮은 (\({\Delta P}_{Nanofluids}/{\Delta P}_{Basefluid}\))을 나타냈습니다. 중량%.또한, 비공유결합(GNPs-SDBS@DW)과 공유결합(GNPs-COOH@DW)의 평균 압력 손실(\({\Delta P}_{Twisted}/{\Delta P}_{Plain}\) ))) 나노유체는 항상 >3입니다.
두 경우 모두(45° 및 90° 나선 각도) 나노유체(GNPs-SDBS@DW)가 더 높은 (\({PEC}_{Nanofluid}/{PEC} _{Basefluid}\)) @DW 값을 나타냈습니다. , 예를 들어 0.025wt.% – 1.17, 0.05wt.% – 1.19, 0.1wt.% – 1.26.이 경우 (GNPs-COOH@DW) 나노유체를 사용한 (\({PEC}_{나노유체}/{PEC}_{Basefluid}\))의 값은 0.025wt.%의 경우 1.02, 0의 경우 1.05이다. , 05 중량.% 및 1.02는 중량 기준으로 0.1%입니다.또한 Re = 11,000에서 0.1wt%-GNPs@SDBS는 더 높은 값을 나타냈습니다(\({PEC}_{Twisted}/{PEC}_{Plain}\)), 예를 들어 45° 나선 각도의 경우 1.25 및 90° 나선 각도 1.27.
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게시 시간: 2023년 3월 17일