304 stainless steel coiled tubing chemical component , Thermodynamic analysis ng covalently at non-covalently functionalized na graphene nanosheet sa mga round tube na nilagyan ng mga turbulator

Salamat sa pagbisita sa Nature.com.Gumagamit ka ng bersyon ng browser na may limitadong suporta sa CSS.Para sa pinakamagandang karanasan, inirerekomenda namin na gumamit ka ng na-update na browser (o huwag paganahin ang Compatibility Mode sa Internet Explorer).Bilang karagdagan, upang matiyak ang patuloy na suporta, ipinapakita namin ang site na walang mga istilo at JavaScript.
Mga slider na nagpapakita ng tatlong artikulo sa bawat slide.Gamitin ang likod at susunod na mga pindutan upang lumipat sa mga slide, o ang mga pindutan ng slide controller sa dulo upang lumipat sa bawat slide.

304 10*1mm Stainless steel coiled tubing sa china

Sukat: 3/4 pulgada, 1/2 pulgada, 1 pulgada, 3 pulgada, 2 pulgada

Haba ng Pipe ng Unit: 6 na metro

Marka ng Bakal: 201, 304 AT 316

Marka: 201, 202, 304, 316, 304L, 316 L,

Materyal: STAINLESS STEEL

Kundisyon: Bago

Ang mga covalent at non-covalent nanofluids ay nasubok sa mga bilog na tubo na nilagyan ng twisted tape insert na may mga anggulo ng helix na 45° at 90°.Ang bilang ng Reynolds ay 7000 ≤ Re ≤ 17000, ang mga thermophysical na katangian ay nasuri sa 308 K. Ang pisikal na modelo ay nalulutas ayon sa numero gamit ang dalawang-parameter na turbulent viscosity model (SST k-omega turbulence).Ang mga konsentrasyon (0.025 wt.%, 0.05 wt.%, at 0.1 wt.%) ng nanofluids ZNP-SDBS@DV at ZNP-COOH@DV ay isinasaalang-alang sa trabaho.Ang mga dingding ng mga baluktot na tubo ay pinainit sa isang pare-parehong temperatura na 330 K. Anim na mga parameter ang isinasaalang-alang sa kasalukuyang pag-aaral: temperatura ng labasan, koepisyent ng paglipat ng init, average na numero ng Nusselt, koepisyent ng friction, pagkawala ng presyon, at pamantayan sa pagsusuri ng pagganap.Sa parehong mga kaso (helix angle ng 45 ° at 90 °), ang ZNP-SDBS@DV nanofluid ay nagpakita ng mas mataas na thermal-hydraulic na katangian kaysa sa ZNP-COOH@DV, at tumaas ito sa pagtaas ng mass fraction, halimbawa, 0.025 wt., at 0.05 wt.ay 1.19.% at 1.26 – 0.1 wt.%.Sa parehong mga kaso (helix angle 45° at 90°), ang mga halaga ng thermodynamic na katangian kapag gumagamit ng GNP-COOH@DW ay 1.02 para sa 0.025% wt., 1.05 para sa 0.05% wt.at 1.02 para sa 0.1% wt.
Ang heat exchanger ay isang thermodynamic device 1 na ginagamit upang maglipat ng init sa panahon ng pagpapalamig at pag-init.Ang mga katangian ng thermal-hydraulic ng heat exchanger ay nagpapabuti sa koepisyent ng paglipat ng init at binabawasan ang paglaban ng gumaganang likido.Maraming mga pamamaraan ang binuo upang mapabuti ang paglipat ng init, kabilang ang mga enhancer ng turbulence2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 at nanofluids12,13,14,15.Ang pagpasok ng twisted tape ay isa sa pinakamatagumpay na paraan para sa pagpapabuti ng paglipat ng init sa mga heat exchanger dahil sa kadalian ng pagpapanatili at mababang gastos7,16.
Sa isang serye ng mga eksperimental at computational na pag-aaral, pinag-aralan ang mga hydrothermal na katangian ng mga pinaghalong nanofluids at mga heat exchanger na may twisted tape insert.Sa isang eksperimentong gawain, ang mga hydrothermal na katangian ng tatlong magkakaibang metallic nanofluids (Ag@DW, Fe@DW at Cu@DW) ay pinag-aralan sa isang needle twisted tape (STT) heat exchanger17.Kung ikukumpara sa base pipe, ang heat transfer coefficient ng STT ay napabuti ng 11% at 67%.Ang layout ng SST ay ang pinakamahusay mula sa isang pang-ekonomiyang punto ng view sa mga tuntunin ng kahusayan na may parameter na α = β = 0.33.Bilang karagdagan, ang isang 18.2% na pagtaas sa n ay naobserbahan sa Ag@DW, bagaman ang pinakamataas na pagtaas sa pagkawala ng presyon ay 8.5% lamang.Ang mga pisikal na proseso ng paglipat ng init at pagkawala ng presyon sa mga concentric pipe na may at walang coiled turbulators ay pinag-aralan gamit ang magulong daloy ng Al2O3@DW nanofluid na may sapilitang convection.Ang maximum na average na numero ng Nusselt (Nuavg) at pagkawala ng presyon ay sinusunod sa Re = 20,000 kapag ang coil pitch = 25 mm at Al2O3@DW nanofluid 1.6 vol.%.Ang mga pag-aaral sa laboratoryo ay isinagawa din upang pag-aralan ang paglipat ng init at pagkawala ng presyon na mga katangian ng graphene oxide nanofluids (GO@DW) na dumadaloy sa halos mga pabilog na tubo na may mga pagsingit ng WC.Ang mga resulta ay nagpakita na ang 0.12 vol%-GO@DW ay nadagdagan ang convective heat transfer coefficient ng halos 77%.Sa isa pang eksperimentong pag-aaral, ang nanofluids (TiO2@DW) ay binuo upang pag-aralan ang thermal-hydraulic na katangian ng mga dimpled tube na nilagyan ng twisted tape inserts20.Ang pinakamataas na hydrothermal na kahusayan ng 1.258 ay nakamit gamit ang 0.15 vol%-TiO2@DW na naka-embed sa 45° inclined shaft na may twist factor na 3.0.Isinasaalang-alang ng single-phase at two-phase (hybrid) simulation models ang daloy at heat transfer ng CuO@DW nanofluids sa iba't ibang solids concentrations (1–4% vol.%)21.Ang maximum na thermal efficiency ng isang tube na ipinasok gamit ang isang twisted tape ay 2.18, at isang tube na ipinasok na may dalawang twisted tape sa ilalim ng parehong mga kondisyon ay 2.04 (two-phase model, Re = 36,000 at 4 vol.%).Ang non-Newtonian turbulent nanofluid flow ng carboxymethyl cellulose (CMC) at copper oxide (CuO) sa mga pangunahing pipe at pipe na may twisted insert ay napag-aralan.Ang Nuavg ay nagpapakita ng pagpapabuti ng 16.1% (para sa pangunahing pipeline) at 60% (para sa coiled pipeline na may ratio na (H/D = 5)).Sa pangkalahatan, ang mas mababang twist-to-ribbon ratio ay nagreresulta sa mas mataas na koepisyent ng friction.Sa isang eksperimentong pag-aaral, ang epekto ng mga tubo na may twisted tape (TT) at coils (VC) sa mga katangian ng heat transfer at friction coefficient ay pinag-aralan gamit ang CuO@DW nanofluids.Gamit ang 0.3 vol.Ginagawang posible ng %-CuO@DW sa Re = 20,000 na mapataas ang heat transfer sa VK-2 pipe sa maximum na halaga na 44.45%.Bilang karagdagan, kapag gumagamit ng isang twisted pair cable at isang coil insert sa ilalim ng parehong mga kondisyon ng hangganan, ang koepisyent ng friction ay tumataas ng mga kadahilanan ng 1.17 at 1.19 kumpara sa DW.Sa pangkalahatan, ang thermal efficiency ng nanofluids na ipinasok sa coils ay mas mahusay kaysa sa nanofluids na ipinasok sa stranded wires.Ang volumetric na katangian ng isang magulong (MWCNT@DW) na daloy ng nanofluid ay pinag-aralan sa loob ng isang pahalang na tubo na ipinasok sa isang spiral wire.Ang mga parameter ng thermal performance ay > 1 para sa lahat ng mga kaso, na nagpapahiwatig na ang kumbinasyon ng mga nanofluidics na may coil insert ay nagpapabuti sa paglipat ng init nang hindi kumukonsumo ng pump power.Abstract—Ang mga hydrothermal na katangian ng isang two-pipe heat exchanger na may iba't ibang insert na gawa sa binagong twisted-twisted V-shaped tape (VcTT) ay pinag-aralan sa ilalim ng mga kondisyon ng magulong daloy ng Al2O3 + TiO2@DW nanofluid.Kung ikukumpara sa DW sa mga base tubes, ang Nuavg ay may makabuluhang pagpapabuti ng 132% at isang friction coefficient na hanggang 55%.Bilang karagdagan, ang kahusayan ng enerhiya ng Al2O3+TiO2@DW nanocomposite sa isang two-pipe heat exchanger26 ay tinalakay.Sa kanilang pag-aaral, natuklasan nila na ang paggamit ng Al2O3 + TiO2@DW at TT ay nagpabuti ng exergy efficiency kumpara sa DW.Sa concentric tubular heat exchangers na may VcTT turbulators, gumamit sina Singh at Sarkar27 ng phase change materials (PCM), dispersed single/nanocomposite nanofluids (Al2O3@DW na may PCM at Al2O3 + PCM).Iniulat nila na ang paglipat ng init at pagtaas ng presyon habang bumababa ang twist coefficient at tumataas ang konsentrasyon ng nanoparticle.Ang mas malaking V-notch depth factor o mas maliit na width factor ay maaaring magbigay ng mas malaking heat transfer at pressure loss.Bilang karagdagan, ang graphene-platinum (Gr-Pt) ay ginamit upang siyasatin ang init, friction, at pangkalahatang rate ng pagbuo ng entropy sa mga tubo na may 2-TT28 na pagsingit.Ang kanilang pag-aaral ay nagpakita na ang isang mas maliit na porsyento ng (Gr-Pt) ay makabuluhang nabawasan ang pagbuo ng heat entropy kumpara sa isang medyo mas mataas na frictional entropy development.Ang pinaghalong Al2O3@MgO nanofluids at conical WC ay maaaring ituring na isang magandang timpla, dahil ang isang tumaas na ratio (h/Δp) ay maaaring mapabuti ang hydrothermal na pagganap ng isang two-tube heat exchanger 29 .Ginagamit ang isang numerical na modelo upang suriin ang pagtitipid ng enerhiya at pagganap sa kapaligiran ng mga heat exchanger na may iba't ibang three-part hybrid nanofluids (THNF) (Al2O3 + graphene + MWCNT) na sinuspinde sa DW30.Dahil sa Performance Evaluation Criteria (PEC) nito sa hanay na 1.42–2.35, kinakailangan ang kumbinasyon ng Depressed Twisted Turbulizer Insert (DTTI) at (Al2O3 + Graphene + MWCNT).
Hanggang ngayon, maliit na pansin ang binabayaran sa papel ng covalent at non-covalent functionalization sa hydrodynamic flow sa thermal fluids.Ang tiyak na layunin ng pag-aaral na ito ay ihambing ang mga thermal-hydraulic na katangian ng nanofluids (ZNP-SDBS@DV) at (ZNP-COOH@DV) sa mga twisted tape insert na may mga anggulo ng helix na 45° at 90°.Ang mga thermophysical na katangian ay sinusukat sa Tin = 308 K. Sa kasong ito, tatlong mass fraction ang isinasaalang-alang sa proseso ng paghahambing, tulad ng (0.025 wt.%, 0.05 wt.% at 0.1 wt.%).Ang shear stress transfer sa 3D turbulent flow model (SST k-ω) ay ginagamit upang malutas ang mga katangian ng thermal-hydraulic.Kaya, ang pag-aaral na ito ay gumagawa ng isang makabuluhang kontribusyon sa pag-aaral ng mga positibong katangian (paglipat ng init) at mga negatibong katangian (pagbaba ng presyon sa friction), na nagpapakita ng mga katangian ng thermal-hydraulic at pag-optimize ng mga totoong gumaganang likido sa naturang mga sistema ng engineering.
Ang pangunahing pagsasaayos ay isang makinis na tubo (L = 900 mm at Dh = 20 mm).Ipinasok ang mga dimensyon ng twisted tape (haba = 20 mm, kapal = 0.5 mm, profile = 30 mm).Sa kasong ito, ang haba, lapad, at stroke ng spiral profile ay 20 mm, 0.5 mm, at 30 mm, ayon sa pagkakabanggit.Ang mga twisted tape ay nakahilig sa 45° at 90°.Iba't ibang working fluid tulad ng DW, non-covalent nanofluids (GNF-SDBS@DW) at covalent nanofluids (GNF-COOH@DW) sa Tin = 308 K, tatlong magkakaibang mass concentration at iba't ibang Reynolds number.Ang mga pagsubok ay isinagawa sa loob ng heat exchanger.Ang panlabas na dingding ng spiral tube ay pinainit sa isang pare-parehong temperatura ng ibabaw na 330 K upang subukan ang mga parameter para sa pagpapabuti ng paglipat ng init.
Sa fig.1 ay nagpapakita ng eskematiko ng isang twisted tape insertion tube na may naaangkop na mga kundisyon sa hangganan at meshed na lugar.Tulad ng nabanggit kanina, ang mga kondisyon ng hangganan ng bilis at presyon ay nalalapat sa mga bahagi ng inlet at outlet ng helix.Sa isang pare-parehong temperatura sa ibabaw, ang isang non-slip na kondisyon ay ipinapataw sa dingding ng tubo.Ang kasalukuyang numerical simulation ay gumagamit ng pressure-based na solusyon.Kasabay nito, ang isang programa (ANSYS FLUENT 2020R1) ay ginagamit upang i-convert ang isang partial differential equation (PDE) sa isang sistema ng mga algebraic equation gamit ang finite volume method (FMM).Ang pangalawang-order na SIMPLE na pamamaraan (semi-implicit na pamamaraan para sa sequential pressure-dependent equation) ay nauugnay sa velocity-pressure.Dapat itong bigyang-diin na ang convergence ng mga residual para sa mass, momentum, at energy equation ay mas mababa sa 103 at 106, ayon sa pagkakabanggit.
p Diagram ng mga pisikal at computational na domain: (a) helix angle 90°, (b) helix angle 45°, (c) walang helical blade.
Ang isang homogenous na modelo ay ginagamit upang ipaliwanag ang mga katangian ng nanofluids.Sa pamamagitan ng pagsasama ng mga nanomaterial sa base fluid (DW), isang tuluy-tuloy na likido na may mahusay na mga katangian ng thermal ay nabuo.Kaugnay nito, ang temperatura at bilis ng base fluid at ang nanomaterial ay may parehong halaga.Dahil sa mga teorya at pagpapalagay sa itaas, gumagana ang mahusay na single-phase flow sa pag-aaral na ito.Maraming mga pag-aaral ang nagpakita ng pagiging epektibo at kakayahang magamit ng mga single-phase na pamamaraan para sa nanofluidic flow31,32.
Ang daloy ng mga nanofluids ay dapat na Newtonian magulong, hindi mapipigil at nakatigil.Ang compression work at viscous heating ay hindi nauugnay sa pag-aaral na ito.Bilang karagdagan, ang kapal ng panloob at panlabas na mga dingding ng tubo ay hindi isinasaalang-alang.Samakatuwid, ang mga equation ng mass, momentum, at energy conservation na tumutukoy sa thermal model ay maaaring ipahayag bilang mga sumusunod:
kung saan ang \(\overrightarrow{V}\) ay ang mean velocity vector, ang Keff = K + Kt ay ang epektibong thermal conductivity ng covalent at noncovalent nanofluids, at ang ε ay ang energy dissipation rate.Ang mga epektibong thermophysical na katangian ng nanofluids, kabilang ang density (ρ), viscosity (μ), tiyak na kapasidad ng init (Cp) at thermal conductivity (k), na ipinapakita sa talahanayan, ay sinusukat sa panahon ng isang eksperimentong pag-aaral sa temperatura na 308 K1 kapag ginamit. sa mga simulator na ito.
Ang mga numerical simulation ng turbulent nanofluid flow sa conventional at TT tubes ay isinagawa sa Reynolds number 7000 ≤ Re ≤ 17000. Ang mga simulation na ito at convective heat transfer coefficients ay nasuri gamit ang Mentor's κ-ω turbulence model ng shear stress transfer (SST) na na-average sa Reynolds turbulence. modelong Navier-Stokes, karaniwang ginagamit sa aerodynamic na pananaliksik.Bilang karagdagan, gumagana ang modelo nang walang pag-andar sa dingding at tumpak malapit sa mga dingding 35,36.(SST) κ-ω na namamahala sa mga equation ng turbulence model ay ang mga sumusunod:
kung saan ang \(S\) ay ang halaga ng strain rate, at ang \(y\) ay ang distansya sa katabing ibabaw.Samantala, \({\alpha}_{1}\), \({\alpha}_{2}\), \({\beta}_{1}\), \({\beta}_{ 2 }\), \({\beta}^{*}\), \({\sigma}_{{k}_{1}}\), \({\sigma}_{{k}_{ 2 }}\), \({\sigma}_{{\omega}_{1}}\) at \({\sigma}_{{\omega}_{2}}\) ay tumutukoy sa lahat ng mga constant ng modelo.Ang F1 at F2 ay magkahalong function.Tandaan: F1 = 1 sa boundary layer, 0 sa paparating na daloy.
Ang mga parameter ng pagsusuri sa pagganap ay ginagamit upang pag-aralan ang magulong convective heat transfer, covalent at non-covalent nanofluid flow, halimbawa31:
Sa kontekstong ito, (\(\rho\)), (\(v\)), (\({D}_{h}\)) at (\(\mu\)) ay ginagamit para sa density, fluid velocity , hydraulic diameter at dynamic na lagkit.(\({C}_{p}\, \mathrm{u}\, k\)) – tiyak na kapasidad ng init at thermal conductivity ng dumadaloy na likido.Gayundin, ang (\(\dot{m}\)) ay tumutukoy sa mass flow, at ang (\({T}_{out}-{T}_{in}\)) ay tumutukoy sa inlet at outlet temperature difference.Ang (NFs) ay tumutukoy sa covalent, non-covalent nanofluids, at (DW) ay tumutukoy sa distilled water (base fluid).\({A}_{s} = \pi DL\), \({\overline{T}}_{f}=\frac{\left({T}_{out}-{T}_{in }\kanan)}{2}\) at \({\overline{T}}_{w}=\sum \frac{{T}_{w}}{n}\).
Ang mga thermophysical na katangian ng base fluid (DW), non-covalent nanofluid (GNF-SDBS@DW), at covalent nanofluid (GNF-COOH@DW) ay kinuha mula sa nai-publish na panitikan (mga eksperimentong pag-aaral), Sn = 308 K, bilang ipinapakita sa Talahanayan 134. Sa isang tipikal na Sa isang eksperimento upang makakuha ng non-covalent (GNP-SDBS@DW) nanofluid na may mga kilalang mass percentage, ang ilang gramo ng pangunahing GNP ay unang natimbang sa isang digital na balanse.Ang weight ratio ng SDBS/native GNP ay (0.5:1) na natimbang sa DW.Sa kasong ito, ang mga covalent (COOH-GNP@DW) nanofluids ay na-synthesize sa pamamagitan ng pagdaragdag ng mga grupo ng carboxyl sa ibabaw ng GNP gamit ang isang malakas na acidic na daluyan na may ratio ng volume (1:3) ng HNO3 at H2SO4.Ang covalent at non-covalent nanofluids ay sinuspinde sa DW sa tatlong magkakaibang porsyento ng timbang tulad ng 0.025 wt%, 0.05 wt%.at 0.1% ng masa.
Ang mga pagsusuri sa kalayaan ng mesh ay isinagawa sa apat na magkakaibang computational domain upang matiyak na ang laki ng mesh ay hindi makakaapekto sa simulation.Sa kaso ng 45° torsion pipe, ang bilang ng mga yunit na may sukat ng yunit na 1.75 mm ay 249,033, ang bilang ng mga yunit na may sukat ng yunit na 2 mm ay 307,969, ang bilang ng mga yunit na may sukat ng yunit na 2.25 mm ay 421,406, at ang bilang ng mga yunit na may sukat ng yunit 2 .5 mm 564 940 ayon sa pagkakabanggit.Bilang karagdagan, sa halimbawa ng isang 90° twisted pipe, ang bilang ng mga elemento na may 1.75 mm na laki ng elemento ay 245,531, ang bilang ng mga elemento na may 2 mm na laki ng elemento ay 311,584, ang bilang ng mga elemento na may 2.25 mm na laki ng elemento ay 422,708, at ang bilang ng mga elemento na may sukat ng elemento na 2.5 mm ay ayon sa pagkakabanggit 573,826.Ang katumpakan ng mga pagbabasa ng thermal property gaya ng (Tout, htc, at Nuavg) ay tumataas habang bumababa ang bilang ng mga elemento.Kasabay nito, ang katumpakan ng mga halaga ng friction coefficient at pagbaba ng presyon ay nagpakita ng isang ganap na naiibang pag-uugali (Larawan 2).Ang grid (2) ay ginamit bilang pangunahing lugar ng grid upang suriin ang mga katangian ng thermal-hydraulic sa kunwa na kaso.
Sinusuri ang heat transfer at pressure drop performance nang hiwalay sa mesh gamit ang mga pares ng DW tube na pinaikot sa 45° at 90°.
Ang kasalukuyang mga numerical na resulta ay napatunayan para sa heat transfer performance at friction coefficient gamit ang mga kilalang empirical correlations at equation tulad ng Dittus-Belter, Petukhov, Gnelinsky, Notter-Rouse at Blasius.Ang paghahambing ay isinagawa sa ilalim ng kondisyong 7000≤Re≤17000.Ayon sa fig.3, ang average at maximum na mga error sa pagitan ng mga resulta ng simulation at ang heat transfer equation ay 4.050 at 5.490% (Dittus-Belter), 9.736 at 11.33% (Petukhov), 4.007 at 7.483% (Gnelinsky), at 3.883% at 4.93% Nott-Belter).Rosas).Sa kasong ito, ang average at maximum na mga error sa pagitan ng mga resulta ng simulation at ang friction coefficient equation ay 7.346% at 8.039% (Blasius) at 8.117% at 9.002% (Petukhov), ayon sa pagkakabanggit.
Paglipat ng init at hydrodynamic na katangian ng DW sa iba't ibang numero ng Reynolds gamit ang mga numerical na kalkulasyon at empirical correlations.
Tinatalakay ng seksyong ito ang mga thermal properties ng non-covalent (LNP-SDBS) at covalent (LNP-COOH) aqueous nanofluids sa tatlong magkakaibang mass fraction at Reynolds number bilang mga average na nauugnay sa base fluid (DW).Dalawang geometry ng coiled belt heat exchangers (helix angle 45° at 90°) ay tinatalakay para sa 7000 ≤ Re ≤ 17000. Sa fig.Ipinapakita ng 4 ang average na temperatura sa labasan ng nanofluid papunta sa base fluid (DW) (\(\frac{{{T}_{out}}_{NFs}}{{{T}_{out}}_{ DW } } \) ) sa (0.025% wt., 0.05% wt. at 0.1% wt.).(\(\frac{{{T}_{out}}_{NFs}}{{{T}_{out}}_{DW}}\)) ay palaging mas mababa sa 1, na nangangahulugan na ang temperatura ng labasan ay non-covalent (VNP-SDBS) at covalent (VNP-COOH) nanofluids ay nasa ibaba ng temperatura sa labasan ng base liquid.Ang pinakamababa at pinakamataas na pagbawas ay 0.1 wt%-COOH@GNPs at 0.1 wt%-SDBS@GNPs, ayon sa pagkakabanggit.Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay dahil sa pagtaas ng bilang ng Reynolds sa isang pare-parehong mass fraction, na humahantong sa isang pagbabago sa mga katangian ng nanofluid (iyon ay, density at dynamic na lagkit).
Ipinapakita ng Figures 5 at 6 ang average na heat transfer na katangian ng nanofluid sa base fluid (DW) sa (0.025 wt.%, 0.05 wt.% at 0.1 wt.%).Ang average na mga katangian ng paglipat ng init ay palaging mas malaki kaysa sa 1, na nangangahulugan na ang mga katangian ng paglipat ng init ng non-covalent (LNP-SDBS) at covalent (LNP-COOH) nanofluids ay pinahusay kumpara sa base fluid.Nakamit ng 0.1 wt%-COOH@GNPs at 0.1 wt%-SDBS@GNPs ang pinakamababa at pinakamataas na pakinabang, ayon sa pagkakabanggit.Kapag tumaas ang bilang ng Reynolds dahil sa mas malaking paghahalo ng likido at turbulence sa pipe 1, bumubuti ang performance ng heat transfer.Ang mga likido sa pamamagitan ng maliliit na puwang ay umaabot sa mas mataas na bilis, na nagreresulta sa isang mas manipis na tulin/patong ng hangganan ng init, na nagpapataas sa bilis ng paglipat ng init.Ang pagdaragdag ng mas maraming nanoparticle sa base fluid ay maaaring magkaroon ng parehong positibo at negatibong mga resulta.Kasama sa mga kapaki-pakinabang na epekto ang tumaas na mga banggaan ng nanoparticle, paborableng mga kinakailangan sa thermal conductivity ng fluid, at pinahusay na paglipat ng init.
Heat transfer coefficient ng nanofluid sa base fluid depende sa Reynolds number para sa 45° at 90° tubes.
Kasabay nito, ang isang negatibong epekto ay isang pagtaas sa dynamic na lagkit ng nanofluid, na binabawasan ang kadaliang mapakilos ng nanofluid, at sa gayon ay binabawasan ang average na numero ng Nusselt (Nuavg).Ang tumaas na thermal conductivity ng nanofluids (ZNP-SDBS@DW) at (ZNP-COOH@DW) ay dapat dahil sa Brownian motion at microconvection ng graphene nanoparticle na nasuspinde sa DW37.Ang thermal conductivity ng nanofluid (ZNP-COOH@DV) ay mas mataas kaysa sa nanofluid (ZNP-SDBS@DV) at distilled water.Ang pagdaragdag ng higit pang mga nanomaterial sa base fluid ay nagpapataas ng kanilang thermal conductivity (Talahanayan 1)38.
Ang Figure 7 ay naglalarawan ng average na koepisyent ng friction ng nanofluids na may base fluid (DW) (f(NFs)/f(DW)) sa mass percent (0.025%, 0.05% at 0.1%).Ang average na friction coefficient ay palaging ≈1, na nangangahulugan na ang non-covalent (GNF-SDBS@DW) at covalent (GNF-COOH@DW) nanofluids ay may parehong friction coefficient bilang base fluid.Ang isang heat exchanger na may kaunting espasyo ay lumilikha ng mas maraming sagabal sa daloy at nagpapataas ng alitan ng daloy1.Karaniwan, ang koepisyent ng friction ay tumataas nang bahagya sa pagtaas ng mass fraction ng nanofluid.Ang mas mataas na pagkalugi ng frictional ay sanhi ng tumaas na dynamic na lagkit ng nanofluid at ang pagtaas ng shear stress sa ibabaw na may mas mataas na mass percentage ng nanographene sa base fluid.Ipinapakita ng talahanayan (1) na ang dynamic na lagkit ng nanofluid (ZNP-SDBS@DV) ay mas mataas kaysa sa nanofluid (ZNP-COOH@DV) sa parehong porsyento ng timbang, na nauugnay sa pagdaragdag ng mga epekto sa ibabaw.mga aktibong ahente sa isang non-covalent nanofluid.
Sa fig.8 ay nagpapakita ng nanofluid kumpara sa base fluid (DW) (\(\frac{{\Delta P}_{NFs}}{{\Delta P}_{DW}}\)) sa (0.025%, 0.05% at 0.1% ).Ang non-covalent (GNPs-SDBS@DW) nanofluid ay nagpakita ng mas mataas na average na pagkawala ng presyon, at may pagtaas ng mass percentage sa 2.04% para sa 0.025% wt., 2.46% para sa 0.05% wt.at 3.44% para sa 0.1% wt.na may pagpapalaki ng kaso (helix angle 45° at 90°).Samantala, ang nanofluid (GNPs-COOH@DW) ay nagpakita ng mas mababang average na pagkawala ng presyon, tumataas mula sa 1.31% sa 0.025% wt.hanggang 1.65% sa 0.05% wt.Ang average na pagkawala ng presyon ng 0.05 wt.%-COOH@NP at 0.1 wt.%-COOH@NP ay 1.65%.Tulad ng makikita, tumataas ang pagbaba ng presyon sa pagtaas ng bilang ng Re sa lahat ng kaso.Ang mas mataas na pagbaba ng presyon sa mataas na mga halaga ng Re ay ipinahiwatig ng isang direktang pag-asa sa daloy ng volume.Samakatuwid, ang isang mas mataas na bilang ng Re sa tubo ay humahantong sa isang mas mataas na pagbaba ng presyon, na nangangailangan ng pagtaas sa kapangyarihan ng bomba39,40.Bilang karagdagan, ang mga pagkalugi sa presyon ay mas mataas dahil sa mas mataas na intensity ng eddies at turbulence na nabuo ng mas malaking surface area, na nagpapataas sa interaksyon ng pressure at inertia forces sa boundary layer1.
Sa pangkalahatan, ang pamantayan sa pagsusuri ng pagganap (PEC) para sa non-covalent (VNP-SDBS@DW) at covalent (VNP-COOH@DW) nanofluids ay ipinapakita sa Fig.9. Ang Nanofluid (ZNP-SDBS@DV) ay nagpakita ng mas mataas na halaga ng PEC ​​kaysa sa (ZNP-COOH@DV) sa parehong mga kaso (helix angle 45° at 90°) at ito ay napabuti sa pamamagitan ng pagtaas ng mass fraction, halimbawa, 0.025 wt.%.ay 1.17, 0.05 wt.% ay 1.19 at 0.1 wt.% ay 1.26.Samantala, ang mga halaga ng PEC na gumagamit ng nanofluids (GNPs-COOH@DW) ay 1.02 para sa 0.025 wt%, 1.05 para sa 0.05 wt%, 1.05 para sa 0.1 wt%.sa parehong mga kaso (helix angle 45° at 90°).1.02.Bilang isang patakaran, na may pagtaas sa bilang ng Reynolds, ang thermal-hydraulic na kahusayan ay bumababa nang malaki.Habang tumataas ang bilang ng Reynolds, ang pagbaba sa koepisyent ng kahusayan ng thermal-hydraulic ay sistematikong nauugnay sa pagtaas sa (NuNFs/NuDW) at pagbaba sa (fNFs/fDW).
Hydrothermal properties ng nanofluids na may kinalaman sa base fluids depende sa Reynolds number para sa mga tubo na may 45° at 90° na anggulo.
Tinatalakay ng seksyong ito ang mga thermal properties ng tubig (DW), non-covalent (VNP-SDBS@DW), at covalent (VNP-COOH@DW) nanofluids sa tatlong magkakaibang mass concentration at Reynolds number.Dalawang coiled belt heat exchanger geometries ay isinasaalang-alang sa hanay na 7000 ≤ Re ≤ 17000 na may paggalang sa mga conventional pipe (helix angles 45° at 90°) upang suriin ang average na thermal-hydraulic na pagganap.Sa fig.Ipinapakita ng 10 ang temperatura ng tubig at nanofluids sa labasan bilang isang average na paggamit (helix angle 45° at 90°) para sa isang karaniwang tubo (\(\frac{{{T}_{out}}_{Twisted}}{{ {T} __ {out}}_{Regular}}\)).Ang non-covalent (GNP-SDBS@DW) at covalent (GNP-COOH@DW) nanofluids ay may tatlong magkakaibang fraction ng timbang tulad ng 0.025 wt%, 0.05 wt% at 0.1 wt%.Gaya ng ipinapakita sa fig.11, ang average na halaga ng temperatura ng labasan (\(\frac{{{T}_{out}}_{Twisted}}{{{T}_{out}}_{Plain}}\)) > 1, na nagpapahiwatig na (45° at 90° helix angle) ang temperatura sa labasan ng heat exchanger ay mas makabuluhan kaysa sa isang conventional pipe, dahil sa mas malaking intensity ng turbulence at mas mahusay na paghahalo ng likido.Bilang karagdagan, ang temperatura sa labasan ng DW, non-covalent at covalent nanofluids ay bumaba sa pagtaas ng bilang ng Reynolds.Ang base fluid (DW) ay may pinakamataas na average na temperatura ng labasan.Samantala, ang pinakamababang halaga ay tumutukoy sa 0.1 wt%-SDBS@GNPs.Ang non-covalent (GNPs-SDBS@DW) nanofluids ay nagpakita ng mas mababang average na temperatura ng outlet kumpara sa covalent (GNPs-COOH@DW) nanofluids.Dahil ang twisted tape ay ginagawang mas halo-halong ang flow field, ang near-wall heat flux ay mas madaling dumaan sa likido, na nagpapataas ng pangkalahatang temperatura.Ang mas mababang twist-to-tape ratio ay nagreresulta sa mas mahusay na pagtagos at samakatuwid ay mas mahusay na paglipat ng init.Sa kabilang banda, makikita na ang rolled tape ay nagpapanatili ng mas mababang temperatura laban sa dingding, na nagpapataas naman ng Nuavg.Para sa mga pagsingit ng twisted tape, ang mas mataas na halaga ng Nuavg ay nagpapahiwatig ng pinabuting convective heat transfer sa loob ng tube22.Dahil sa tumaas na daanan ng daloy at karagdagang paghahalo at kaguluhan, tumataas ang oras ng paninirahan, na nagreresulta sa pagtaas ng temperatura ng likido sa labasan41.
Reynolds number ng iba't ibang nanofluids na may kaugnayan sa temperatura ng labasan ng mga conventional tubes (45° at 90° helix angles).
Heat transfer coefficients (45° at 90° helix angle) versus Reynolds number para sa iba't ibang nanofluids kumpara sa mga conventional tubes.
Ang pangunahing mekanismo ng pinahusay na coiled tape heat transfer ay ang mga sumusunod: 1. Ang pagbabawas ng hydraulic diameter ng heat exchange tube ay humahantong sa pagtaas ng flow velocity at curvature, na nagpapataas naman ng shear stress sa dingding at nagtataguyod ng pangalawang paggalaw.2. Dahil sa pagbara ng winding tape, ang bilis sa pipe wall ay tumataas, at ang kapal ng boundary layer ay bumababa.3. Ang spiral flow sa likod ng twisted belt ay humahantong sa pagtaas ng bilis.4. Ang mga sapilitan na vortices ay nagpapabuti sa paghahalo ng likido sa pagitan ng gitna at malapit na pader na rehiyon ng daloy42.Sa fig.11 at fig.Ipinapakita ng 12 ang mga katangian ng heat transfer ng DW at nanofluids, halimbawa (heat transfer coefficient at average na numero ng Nusselt) bilang mga average gamit ang twisted tape insertion tubes kumpara sa mga conventional tubes.Ang non-covalent (GNP-SDBS@DW) at covalent (GNP-COOH@DW) nanofluids ay may tatlong magkakaibang fraction ng timbang tulad ng 0.025 wt%, 0.05 wt% at 0.1 wt%.Sa parehong mga heat exchanger (45° at 90° helix angle) ang average na performance ng heat transfer ay >1, na nagpapahiwatig ng pagpapabuti sa heat transfer coefficient at average na numero ng Nusselt na may mga coiled tube kumpara sa mga conventional tubes.Ang non-covalent (GNPs-SDBS@DW) nanofluids ay nagpakita ng mas mataas na average na pagpapabuti ng paglipat ng init kaysa sa covalent (GNPs-COOH@DW) nanofluids.Sa Re = 900, ang 0.1 wt% improvement sa heat transfer performance -SDBS@GNPs para sa dalawang heat exchanger (45° at 90° helix angle) ang pinakamataas na may halagang 1.90.Nangangahulugan ito na ang pare-parehong epekto ng TP ay mas mahalaga sa mas mababang mga bilis ng likido (Reynolds number)43 at pagtaas ng intensity ng turbulence.Dahil sa pagpapakilala ng maraming vortices, ang heat transfer coefficient at average na Nusselt number ng TT tubes ay mas mataas kaysa sa conventional tubes, na nagreresulta sa mas manipis na boundary layer.Ang pagkakaroon ba ng HP ay nagpapataas ng intensity ng turbulence, paghahalo ng gumaganang daloy ng fluid at pinahusay na paglipat ng init kumpara sa mga base pipe (nang hindi naglalagay ng twisted-twisted tape)21.
Average na numero ng Nusselt (anggulo ng helix 45° at 90°) kumpara sa numero ng Reynolds para sa iba't ibang nanofluid kumpara sa mga karaniwang tubo.
Ipinapakita ng mga figure 13 at 14 ang average na koepisyent ng friction (\(\frac{{f}_{Twisted}}{{f}_{Plain}}\)) at pressure loss (\(\frac{{\Delta P}} _ {Twisted}}{{\Delta P}_{Plain}}\}} tungkol sa 45° at 90° para sa mga conventional pipe na gumagamit ng DW nanofluids, (GNPs-SDBS@DW) at (GNPs-COOH@DW) ion exchanger ay naglalaman ( 0.025 wt %, 0.05 wt % at 0.1 wt %). { {f}_{Plain} }\)) at pressure loss (\(\frac{{ \Delta P}_{Twisted}}{{\Delta P }_{Plain}}\}) bumaba. kaso, mas mataas ang friction coefficient at pressure loss sa mas mababang Reynolds number Ang average na friction coefficient at pressure loss ay nasa pagitan ng 3.78 at 3.12 Ang average na friction coefficient at pressure loss ay nagpapakita na (45° helix anggulo at 90°) heat exchanger ay nagkakahalaga ng tatlong beses na mas mataas kaysa sa mga conventional pipe.Sa karagdagan, kapag ang gumaganang fluid ay dumadaloy sa mas mataas na bilis, ang koepisyent ng friction ay bumababa. Ang problema ay lumitaw dahil habang ang Reynolds number ay tumataas, ang kapal ng boundary layer bumababa, na humahantong sa pagbawas sa epekto ng dinamikong lagkit sa apektadong lugar, pagbaba sa mga gradient ng bilis at mga stress ng paggugupit at, dahil dito, pagbaba sa koepisyent ng friction21.Ang pinahusay na epekto ng pagharang dahil sa pagkakaroon ng TT at ang tumaas na swirl ay nagreresulta sa makabuluhang mas mataas na pagkalugi ng presyon para sa mga heterogenous na TT pipe kaysa para sa mga base pipe.Bilang karagdagan, para sa parehong base pipe at TT pipe, makikita na ang pagbaba ng presyon ay tumataas sa bilis ng gumaganang likido43.
Coefficient ng friction (45° at 90° helix angle) versus Reynolds number para sa iba't ibang nanofluids kumpara sa mga conventional tubes.
Pagkawala ng presyon (45° at 90° helix angle) bilang isang function ng Reynolds number para sa iba't ibang nanofluids na nauugnay sa isang kumbensyonal na tubo.
Sa kabuuan, ang Figure 15 ay nagpapakita ng performance evaluation criteria (PEC) para sa mga heat exchanger na may 45° at 90° na anggulo kumpara sa mga plain tubes (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}} \ ) ) sa (0.025 wt.%, 0.05 wt.% at 0.1 wt.%) gamit ang DV, (VNP-SDBS@DV) at covalent (VNP-COOH@DV) nanofluids.Ang halaga (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) > 1 sa parehong kaso (45° at 90° helix angle) sa heat exchanger.Bilang karagdagan, naabot ng (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) ang pinakamahusay na halaga nito sa Re = 11,000.Ang 90° heat exchanger ay nagpapakita ng bahagyang pagtaas sa (\ (\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) kumpara sa isang 45° heat exchanger., Sa Re = 11,000 0.1 wt%-GNPs@SDBS ay kumakatawan sa mas mataas na (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) value, hal 1.25 para sa 45° heat exchanger corner at 1.27 para sa 90° corner heat exchanger.Ito ay mas malaki kaysa sa isa sa lahat ng mga porsyento ng mass fraction, na nagpapahiwatig na ang mga tubo na may pinaikot na pagsingit ng tape ay higit na mataas kaysa sa maginoo na mga tubo.Kapansin-pansin, ang pinahusay na paglipat ng init na ibinigay ng mga pagsingit ng tape ay nagresulta sa isang makabuluhang pagtaas sa pagkalugi ng friction22.
Pamantayan sa kahusayan para sa bilang ng Reynolds ng iba't ibang nanofluid na may kaugnayan sa mga kumbensyonal na tubo (45° at 90° helix angle).
Ipinapakita ng Appendix A ang mga streamline para sa 45° at 90° na heat exchanger sa Re = 7000 gamit ang DW, 0.1 wt%-GNP-SDBS@DW at 0.1 wt%-GNP-COOH@DW.Ang mga streamline sa transverse plane ay ang pinaka-kapansin-pansin na tampok ng epekto ng mga pinaikot na pagsingit ng laso sa pangunahing daloy.Ang paggamit ng 45° at 90° na heat exchanger ay nagpapakita na ang bilis sa malapit na pader na rehiyon ay humigit-kumulang pareho.Samantala, ipinapakita ng Appendix B ang mga velocity contours para sa 45° at 90° heat exchangers sa Re = 7000 gamit ang DW, 0.1 wt%-GNP-SDBS@DW at 0.1 wt%-GNP-COOH@DW.Ang mga velocity loop ay nasa tatlong magkakaibang lokasyon (mga hiwa), halimbawa, Plain-1 (P1 = −30mm), Plain-4 (P4 = 60mm) at Plain-7 (P7 = 150mm).Ang bilis ng daloy malapit sa dingding ng tubo ay pinakamababa at ang bilis ng likido ay tumataas patungo sa gitna ng tubo.Bilang karagdagan, kapag dumadaan sa air duct, ang lugar ng mababang bilis na malapit sa dingding ay tumataas.Ito ay dahil sa paglaki ng hydrodynamic boundary layer, na nagpapataas ng kapal ng low-velocity na rehiyon malapit sa dingding.Bilang karagdagan, ang pagtaas ng bilang ng Reynolds ay nagpapataas ng pangkalahatang antas ng bilis sa lahat ng mga cross section, at sa gayon ay binabawasan ang kapal ng rehiyon ng mababang bilis sa channel39.
Ang mga covalently at non-covalently functionalized na graphene nanosheet ay nasuri sa mga twisted tape insert na may mga anggulo ng helix na 45° at 90°.Ang heat exchanger ay numerically solved gamit ang SST k-omega turbulence model sa 7000 ≤ Re ≤ 17000. Ang thermophysical properties ay kinakalkula sa Tin = 308 K. Sabay-sabay na init ang twisted tube wall sa pare-parehong temperatura na 330 K. COOH@DV) ay natunaw sa tatlong halaga ng masa, halimbawa (0.025 wt.%, 0.05 wt.% at 0.1 wt.%).Isinasaalang-alang ng kasalukuyang pag-aaral ang anim na pangunahing salik: temperatura ng labasan, koepisyent ng paglipat ng init, average na numero ng Nusselt, koepisyent ng friction, pagkawala ng presyon, at pamantayan sa pagsusuri ng pagganap.Narito ang mga pangunahing natuklasan:
Ang average na temperatura ng labasan (\({{T}_{out}}_{Nanofluids}\)/\({{T}_{out}}_{Basefluid}\)) ay palaging mas mababa sa 1, na nangangahulugang non-spread Ang temperatura ng outlet ng valence (ZNP-SDBS@DV) at covalent (ZNP-COOH@DV) nanofluids ay mas mababa kaysa sa base liquid.Samantala, ang average na temperatura ng outlet (\({{T}_{out}}_{Twisted}\)/\({{T}_{out}}_{Plain}\)) value > 1, na nagpapahiwatig sa katotohanan na (45° at 90° helix angle) ang temperatura ng labasan ay mas mataas kaysa sa mga conventional tubes.
Sa parehong mga kaso, ang mga average na halaga ng mga katangian ng paglipat ng init (nanofluid/base fluid) at (twisted tube/normal tube) ay palaging nagpapakita ng >1.Ang non-covalent (GNPs-SDBS@DW) nanofluids ay nagpakita ng mas mataas na average na pagtaas sa heat transfer, na tumutugma sa covalent (GNPs-COOH@DW) nanofluids.
Ang average na friction coefficient (\({f}_{Nanofluids}/{f}_{Basefluid}\)) ng non-covalent (VNP-SDBS@DW) at covalent (VNP-COOH@DW) nanofluids ay palaging ≈1 .friction ng non-covalent (ZNP-SDBS@DV) at covalent (ZNP-COOH@DV) nanofluids (\({f}_{Twisted}/{f}_{Plain}\)) para sa palaging > 3.
Sa parehong mga kaso (45° at 90° helix angle), ang nanofluids (GNPs-SDBS@DW) ay nagpakita ng mas mataas (\({\Delta P}_{Nanofluids}/{\Delta P}_{Basefluid}\)) 0.025 wt .% para sa 2.04%, 0.05 wt.% para sa 2.46% at 0.1 wt.% para sa 3.44%.Samantala, ang (GNPs-COOH@DW) nanofluids ay nagpakita ng mas mababang (\({\Delta P}_{Nanofluids}/{\Delta P}_{Basefluid}\)) mula 1.31% para sa 0.025 wt.% hanggang 1.65% ay 0.05 % base sa bigat.Bilang karagdagan, ang average na pagkawala ng presyon (\({\Delta P}_{Twisted}/{\Delta P}_{Plain}\) ng non-covalent (GNPs-SDBS@DW) at covalent (GNPs-COOH@DW ))) nanofluids palaging >3.
Sa parehong mga kaso (45° at 90° helix angle), ang nanofluids (GNPs-SDBS@DW) ay nagpakita ng mas mataas na (\({PEC}_{Nanofluids}/{PEC} _{Basefluid}\)) @DW value) , hal. 0.025 wt.% – 1.17, 0.05 wt.% – 1.19, 0.1 wt.% – 1.26.Sa kasong ito, ang mga halaga ng (\({PEC}_{Nanofluids}/{PEC}_{Basefluid}\)) gamit ang (GNPs-COOH@DW) nanofluids ay 1.02 para sa 0.025 wt.%, 1.05 para sa 0 , 05 wt.% at ang 1.02 ay 0.1% ayon sa timbang.Bilang karagdagan, sa Re = 11,000, 0.1 wt%-GNPs@SDBS ay nagpakita ng mas matataas na value (\({PEC}_{Twisted}/{PEC}_{Plain}\)), gaya ng 1.25 para sa 45° helix angle at 90° helix angle 1.27.
Thianpong, C. et al.Multi-purpose optimization ng nanofluid titanium dioxide/daloy ng tubig sa heat exchanger, pinahusay ng mga twisted tape insert na may mga delta wings.panloob J. Mainit.ang agham.172, 107318 (2022).
Langerudi, HG at Jawaerde, C. Eksperimental na pag-aaral ng non-Newtonian fluid flow sa mga bellow na ipinasok gamit ang tipikal at hugis-V na twisted tape.Heat and Mass Transfer 55, 937–951 (2019).
Dong, X. et al.Pang-eksperimentong pag-aaral ng mga katangian ng paglipat ng init at paglaban ng daloy ng isang spiral-twisted tubular heat exchanger [J].Temperatura ng aplikasyon.proyekto.176, 115397 (2020).
Yongsiri, K., Eiamsa-Ard, P., Wongcharee, K. & Eiamsa-Ard, SJCS Pinahusay na paglipat ng init sa magulong daloy ng channel na may pahilig na naghihiwalay na mga palikpik.pangkasalukuyan na pananaliksik.temperatura.proyekto.3, 1–10 (2014).