องค์ประกอบทางเคมีของท่อขดสแตนเลส 304 การวิเคราะห์ทางอุณหพลศาสตร์ของนาโนชีตกราฟีนที่ทำงานด้วยโควาเลนต์และไม่ใช่โควาเลนต์ในท่อกลมที่ติดตั้งเครื่องปั่นป่วน

ขอขอบคุณที่เยี่ยมชม Nature.comคุณกำลังใช้เวอร์ชันเบราว์เซอร์ที่มีการรองรับ CSS แบบจำกัดเพื่อประสบการณ์ที่ดีที่สุด เราขอแนะนำให้คุณใช้เบราว์เซอร์ที่อัปเดต (หรือปิดใช้งานโหมดความเข้ากันได้ใน Internet Explorer)นอกจากนี้ เพื่อให้มั่นใจว่าได้รับการสนับสนุนอย่างต่อเนื่อง เราจะแสดงไซต์โดยไม่มีสไตล์และ JavaScript
แถบเลื่อนแสดงสามบทความต่อสไลด์ใช้ปุ่มย้อนกลับและปุ่มถัดไปเพื่อเลื่อนไปตามสไลด์ หรือใช้ปุ่มตัวควบคุมสไลด์ที่ส่วนท้ายเพื่อเลื่อนไปตามแต่ละสไลด์

304 10*1 มม. สแตนเลสท่อขดในประเทศจีน

ขนาด: 3/4 นิ้ว, 1/2 นิ้ว, 1 นิ้ว, 3 นิ้ว, 2 นิ้ว

ความยาวท่อต่อหน่วย: 6 เมตร

เกรดเหล็ก: 201, 304 และ 316

เกรด: 201, 202, 304, 316, 304L, 316L,

วัสดุ: สแตนเลส

สภาพ: ใหม่

นาโนฟลูอิดโควาเลนต์และไม่ใช่โควาเลนต์ได้รับการทดสอบในท่อกลมที่ติดตั้งเทปพันเกลียวที่มีมุมเกลียว 45° และ 90°เลขเรย์โนลด์สคือ 7000 ≤ Re ≤ 17000 โดยประเมินคุณสมบัติทางเทอร์โมฟิสิกส์ที่ 308 K แบบจำลองทางกายภาพได้รับการแก้ไขเชิงตัวเลขโดยใช้แบบจำลองความหนืดปั่นป่วนแบบสองพารามิเตอร์ (SST k-omega turbulence)พิจารณาความเข้มข้น (0.025 wt.%, 0.05 wt.% และ 0.1 wt.%) ของ nanofluids ZNP-SDBS@DV และ ZNP-COOH@DVผนังของท่อบิดเกลียวได้รับความร้อนที่อุณหภูมิคงที่ 330 K การศึกษาปัจจุบันมีการพิจารณาพารามิเตอร์ 6 ตัว ได้แก่ อุณหภูมิทางออก สัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อน หมายเลขนัสเซลต์เฉลี่ย สัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน การสูญเสียแรงดัน และเกณฑ์การประเมินประสิทธิภาพในทั้งสองกรณี (มุมเกลียวที่ 45° และ 90°) นาโนฟลูอิด ZNP-SDBS@DV แสดงคุณลักษณะความร้อน-ไฮดรอลิกที่สูงกว่า ZNP-COOH@DV และเพิ่มขึ้นตามเศษส่วนมวลที่เพิ่มขึ้น เช่น 0.025 น้ำหนักและ 0.05 น้ำหนักคือ 1.19% และ 1.26 – 0.1 โดยน้ำหนัก%ในทั้งสองกรณี (มุมเกลียว 45° และ 90°) ค่าคุณลักษณะทางอุณหพลศาสตร์เมื่อใช้ GNP-COOH@DW คือ 1.02 สำหรับ 0.025% wt., 1.05 สำหรับ 0.05% wt.และ 1.02 สำหรับ 0.1% น้ำหนัก
เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเป็นอุปกรณ์ทางอุณหพลศาสตร์ 1 ที่ใช้ในการถ่ายเทความร้อนระหว่างการดำเนินการทำความเย็นและการทำความร้อนคุณสมบัติทางความร้อน-ไฮดรอลิกของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนช่วยปรับปรุงค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนและลดความต้านทานของของไหลทำงานมีการพัฒนาวิธีการหลายวิธีเพื่อปรับปรุงการถ่ายเทความร้อน รวมถึงสารเพิ่มความปั่นป่วน2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 และนาโนฟลูอิด12,13,14,15การใส่เทปแบบบิดเป็นหนึ่งในวิธีที่ประสบความสำเร็จมากที่สุดในการปรับปรุงการถ่ายเทความร้อนในตัวแลกเปลี่ยนความร้อน เนื่องจากบำรุงรักษาง่ายและมีต้นทุนต่ำ7,16
ในการศึกษาเชิงทดลองและการคำนวณหลายชุด ได้ทำการศึกษาคุณสมบัติไฮโดรเทอร์มอลของส่วนผสมของนาโนฟลูอิดและเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่มีการแทรกเทปบิดเกลียวในงานทดลอง ได้ทำการศึกษาคุณสมบัติไฮโดรเทอร์มอลของนาโนฟลูอิดโลหะสามชนิดที่แตกต่างกัน (Ag@DW, Fe@DW และ Cu@DW) ในตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเทปพันเกลียว (STT)17เมื่อเทียบกับท่อฐาน ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนของ STT ได้รับการปรับปรุง 11% และ 67%เค้าโครง SST นั้นดีที่สุดจากมุมมองทางเศรษฐกิจในแง่ของประสิทธิภาพด้วยพารามิเตอร์ α = β = 0.33นอกจากนี้ n เพิ่มขึ้น 18.2% ด้วย Ag@DW แม้ว่าการสูญเสียแรงดันสูงสุดจะเพิ่มขึ้นเพียง 8.5% เท่านั้นการศึกษากระบวนการทางกายภาพของการถ่ายเทความร้อนและการสูญเสียแรงดันในท่อที่มีศูนย์กลางและไม่มีเทอร์บิวเลเตอร์แบบขดได้รับการศึกษาโดยใช้การไหลแบบปั่นป่วนของของไหลนาโน Al2O3@DW ที่มีการพาความร้อนแบบบังคับค่า Nusselt Number เฉลี่ยสูงสุด (Nuavg) และการสูญเสียแรงดันจะสังเกตได้ที่ Re = 20,000 เมื่อระยะพิทช์ของคอยล์ = 25 มม. และ Al2O3@DW nanofluid 1.6 vol.%การศึกษาในห้องปฏิบัติการยังได้ดำเนินการเพื่อศึกษาคุณลักษณะการถ่ายเทความร้อนและการสูญเสียความดันของนาโนฟลูอิดนาโนกราฟีนออกไซด์ (GO@DW) ที่ไหลผ่านท่อเกือบกลมที่มีส่วนแทรก WCผลการทดลองพบว่า 0.12 vol%-GO@DW เพิ่มค่าสัมประสิทธิ์การพาความร้อนเพิ่มขึ้นประมาณ 77%ในการศึกษาทดลองอื่น นาโนฟลูอิด (TiO2@DW) ได้รับการพัฒนาเพื่อศึกษาคุณลักษณะทางความร้อน-ไฮดรอลิกของท่อที่มีรอยบุ๋มที่ติดตั้งด้วยเทปพันเกลียว20ประสิทธิภาพไฮโดรเทอร์มอลสูงสุดที่ 1.258 ทำได้โดยใช้ 0.15 ปริมาตร%-TiO2@DW ที่ฝังอยู่ในเพลาเอียง 45° โดยมีแฟกเตอร์การบิดที่ 3.0แบบจำลองแบบจำลองเฟสเดียวและสองเฟส (ไฮบริด) คำนึงถึงการไหลและการถ่ายเทความร้อนของนาโนฟลูอิด CuO@DW ที่ความเข้มข้นของของแข็งต่างๆ (1–4% โดยปริมาตร%)21ประสิทธิภาพเชิงความร้อนสูงสุดของท่อที่ใส่ด้วยเทปบิดเกลียวหนึ่งอันคือ 2.18 และท่อที่ใส่ด้วยเทปตีเกลียวสองอันภายใต้สภาวะเดียวกันคือ 2.04 (รุ่นสองเฟส, Re = 36,000 และ 4 vol.%)มีการศึกษาการไหลของของไหลนาโนฟลูอิดแบบปั่นป่วนที่ไม่ใช่นิวตันของคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส (CMC) และคอปเปอร์ออกไซด์ (CuO) ในท่อหลักและท่อที่มีส่วนแทรกแบบบิดNuavg ปรับตัวดีขึ้น 16.1% (สำหรับท่อหลัก) และ 60% (สำหรับท่อขดที่มีอัตราส่วน (H/D = 5))โดยทั่วไป อัตราส่วนการบิดต่อริบบอนที่ต่ำกว่าจะส่งผลให้ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสูงขึ้นในการศึกษาทดลอง ศึกษาผลของท่อที่มีเทปพันเกลียว (TT) และคอยล์ (VC) ต่อสมบัติการถ่ายเทความร้อนและสัมประสิทธิ์การเสียดสีได้รับการศึกษาโดยใช้ CuO@DW nanofluidsใช้แรงดัน 0.3 โวล.%-CuO@DW ที่ Re = 20,000 ทำให้สามารถเพิ่มการถ่ายเทความร้อนในท่อ VK-2 ให้เป็นค่าสูงสุดได้ 44.45%นอกจากนี้ เมื่อใช้สายเคเบิลคู่บิดเกลียวและขดลวดแทรกภายใต้เงื่อนไขขอบเขตเดียวกัน ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานจะเพิ่มขึ้น 1.17 และ 1.19 เมื่อเทียบกับ DWโดยทั่วไป ประสิทธิภาพเชิงความร้อนของนาโนฟลูอิดที่ใส่เข้าไปในขดลวดจะดีกว่าประสิทธิภาพเชิงความร้อนของนาโนฟลูอิดที่ใส่เข้าไปในสายไฟตีเกลียวมีการศึกษาคุณลักษณะเชิงปริมาตรของการไหลของนาโนฟลูอิดแบบปั่นป่วน (MWCNT@DW) ภายในท่อแนวนอนที่สอดเข้าไปในลวดเกลียวพารามิเตอร์ประสิทธิภาพเชิงความร้อนอยู่ที่ > 1 ในทุกกรณี ซึ่งบ่งชี้ว่าการรวมกันของนาโนฟลูอิดิกกับส่วนแทรกของคอยล์ช่วยเพิ่มการถ่ายเทความร้อนโดยไม่ต้องใช้กำลังของปั๊มบทคัดย่อ—ได้ศึกษาคุณลักษณะไฮโดรเทอร์มอลของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบสองท่อที่มีส่วนแทรกต่างๆ ที่ทำจากเทปรูปตัววี (VcTT) แบบบิดเกลียวที่ได้รับการดัดแปลง ได้รับการศึกษาภายใต้สภาวะการไหลเชี่ยวของนาโนฟลูอิด Al2O3 + TiO2@DWเมื่อเปรียบเทียบกับ DW ในท่อฐาน Nuavg มีการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญถึง 132% และค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสูงถึง 55%นอกจากนี้ ยังได้พูดคุยถึงประสิทธิภาพการใช้พลังงานของนาโนคอมโพสิต Al2O3+TiO2@DW ในตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบสองท่อ26ในการศึกษาของพวกเขา พวกเขาพบว่าการใช้ Al2O3 + TiO2@DW และ TT ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการใช้พลังงานเมื่อเทียบกับ DWในตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อรวมศูนย์ที่มีเครื่องปั่นหมาด VcTT Singh และ Sarkar27 ใช้วัสดุเปลี่ยนเฟส (PCM) นาโนฟลูอิดนาโนคอมโพสิตเดี่ยว/นาโนคอมโพสิตแบบกระจาย (Al2O3@DW พร้อม PCM และ Al2O3 + PCM)พวกเขารายงานว่าการถ่ายเทความร้อนและการสูญเสียความดันเพิ่มขึ้นเมื่อค่าสัมประสิทธิ์การบิดตัวลดลงและความเข้มข้นของอนุภาคนาโนเพิ่มขึ้นแฟกเตอร์ความลึกของรอยบากรูปตัว V ที่มากขึ้นหรือแฟคเตอร์ความกว้างที่น้อยกว่าสามารถให้การถ่ายเทความร้อนและการสูญเสียแรงดันได้มากขึ้นนอกจากนี้ กราฟีน-แพลตตินัม (Gr-Pt) ยังถูกนำมาใช้เพื่อตรวจสอบความร้อน แรงเสียดทาน และอัตราการสร้างเอนโทรปีโดยรวมในหลอดที่มีส่วนแทรก 2-TT28การศึกษาของพวกเขาแสดงให้เห็นว่าเปอร์เซ็นต์ที่น้อยกว่าของ (Gr-Pt) ลดการสร้างเอนโทรปีความร้อนอย่างมีนัยสำคัญ เมื่อเทียบกับการพัฒนาเอนโทรปีแบบเสียดทานที่ค่อนข้างสูงกว่าฟลูอิดนาโน Al2O3@MgO แบบผสมและสุขาทรงกรวยถือได้ว่าเป็นส่วนผสมที่ดี เนื่องจากอัตราส่วนที่เพิ่มขึ้น (h/Δp) สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพความร้อนใต้พิภพของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบสองท่อ 29 ได้แบบจำลองเชิงตัวเลขใช้ในการประเมินประสิทธิภาพการประหยัดพลังงานและสิ่งแวดล้อมของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่มีนาโนฟลูอิดไฮบริดสามส่วน (THNF) (Al2O3 + กราฟีน + MWCNT) ที่แขวนลอยอยู่ใน DW30เนื่องจากเกณฑ์การประเมินประสิทธิภาพ (PEC) ในช่วง 1.42–2.35 จึงจำเป็นต้องใช้ Depressed Twisted Turbulizer Insert (DTTI) และ (Al2O3 + Graphene + MWCNT) ร่วมกัน
จนถึงขณะนี้มีการให้ความสนใจเพียงเล็กน้อยกับบทบาทของการทำงานของโควาเลนต์และไม่ใช่โควาเลนต์ในการไหลอุทกพลศาสตร์ในของไหลความร้อนวัตถุประสงค์เฉพาะของการศึกษานี้คือเพื่อเปรียบเทียบคุณลักษณะทางความร้อน-ไฮดรอลิกของนาโนฟลูอิด (ZNP-SDBS@DV) และ (ZNP-COOH@DV) ในส่วนแทรกเทปพันเกลียวที่มีมุมเกลียว 45° และ 90°วัดคุณสมบัติทางอุณหฟิสิกส์ที่ดีบุก = 308 K ในกรณีนี้ เศษส่วนมวลสามส่วนถูกนำมาพิจารณาในกระบวนการเปรียบเทียบ เช่น (0.025 wt.%, 0.05 wt.% และ 0.1 wt.%)การถ่ายโอนความเค้นเฉือนในแบบจำลองการไหลแบบปั่นป่วน 3 มิติ (SST k-ω) ใช้เพื่อแก้ปัญหาคุณลักษณะทางความร้อน-ไฮดรอลิกดังนั้น การศึกษานี้มีส่วนสำคัญในการศึกษาคุณสมบัติเชิงบวก (การถ่ายเทความร้อน) และคุณสมบัติเชิงลบ (แรงดันตกคร่อมแรงเสียดทาน) ซึ่งแสดงให้เห็นถึงคุณลักษณะทางความร้อน-ไฮดรอลิกและการเพิ่มประสิทธิภาพของของไหลที่ใช้งานจริงในระบบวิศวกรรมดังกล่าว
โครงสร้างพื้นฐานคือท่อเรียบ (L = 900 มม. และ Dh = 20 มม.)ขนาดเทปพันเกลียวที่ใส่ไว้ (ความยาว = 20 มม. ความหนา = 0.5 มม. โปรไฟล์ = 30 มม.)ในกรณีนี้ ความยาว ความกว้าง และระยะชักของโปรไฟล์เกลียวคือ 20 มม., 0.5 มม. และ 30 มม. ตามลำดับเทปบิดงอมีความเอียงที่ 45° และ 90°สารทำงานหลายชนิด เช่น DW, นาโนฟลูอิดที่ไม่ใช่โควาเลนต์ (GNF-SDBS@DW) และนาโนฟลูอิดโควาเลนต์ (GNF-COOH@DW) ที่ Tin = 308 K, ความเข้มข้นของมวลต่างกันสามค่า และตัวเลข Reynolds ต่างกันการทดสอบดำเนินการภายในตัวแลกเปลี่ยนความร้อนผนังด้านนอกของท่อเกลียวได้รับความร้อนที่อุณหภูมิพื้นผิวคงที่ 330 K เพื่อทดสอบพารามิเตอร์เพื่อปรับปรุงการถ่ายเทความร้อน
บนรูปแผนภาพ 1 แสดงท่อสอดเทปบิดเกลียวพร้อมเงื่อนไขขอบเขตและพื้นที่ตาข่ายที่บังคับใช้ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น เงื่อนไขขอบเขตความเร็วและความดันจะมีผลกับส่วนทางเข้าและทางออกของเกลียวที่อุณหภูมิพื้นผิวคงที่ ผนังท่อจะมีสภาวะกันลื่นการจำลองเชิงตัวเลขในปัจจุบันใช้วิธีแก้ปัญหาแบบอิงความดันในเวลาเดียวกัน โปรแกรม (ANSYS FLUENT 2020R1) ใช้ในการแปลงสมการเชิงอนุพันธ์ย่อย (PDE) เป็นระบบสมการพีชคณิตโดยใช้วิธีปริมาณจำกัด (FMM)วิธี SIMPLE ลำดับที่สอง (วิธีกึ่งโดยนัยสำหรับสมการที่ขึ้นกับความดันตามลำดับ) มีความเกี่ยวข้องกับความเร็ว-ความดันควรเน้นย้ำว่าการลู่เข้าของสารตกค้างสำหรับสมการมวล โมเมนตัม และพลังงานมีค่าน้อยกว่า 103 และ 106 ตามลำดับ
p แผนผังของโดเมนทางกายภาพและการคำนวณ: (a) มุมเกลียว 90°, (b) มุมเกลียว 45°, (c) ไม่มีใบมีดเกลียว
แบบจำลองที่เป็นเนื้อเดียวกันใช้เพื่ออธิบายคุณสมบัติของนาโนฟลูอิดด้วยการรวมวัสดุนาโนเข้ากับของเหลวพื้นฐาน (DW) ทำให้เกิดของเหลวต่อเนื่องที่มีคุณสมบัติทางความร้อนที่ดีเยี่ยมทั้งนี้อุณหภูมิและความเร็วของของไหลพื้นฐานและวัสดุนาโนมีค่าเท่ากันเนื่องจากทฤษฎีและสมมติฐานข้างต้น การไหลแบบเฟสเดียวที่มีประสิทธิภาพจึงใช้ได้ในการศึกษานี้การศึกษาหลายชิ้นได้แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพและการบังคับใช้ของเทคนิคเฟสเดียวสำหรับการไหลของนาโนฟลูอิดิก
การไหลของนาโนฟลูอิดต้องเป็นแบบปั่นป่วนแบบนิวตัน ไม่สามารถอัดตัวได้ และคงที่งานอัดและการให้ความร้อนแบบหนืดไม่มีความเกี่ยวข้องในการศึกษานี้นอกจากนี้ยังไม่คำนึงถึงความหนาของผนังด้านในและด้านนอกของท่อด้วยดังนั้น สมการมวล โมเมนตัม และการอนุรักษ์พลังงานที่กำหนดแบบจำลองเชิงความร้อนจึงสามารถแสดงได้ดังนี้
โดยที่ \(\overrightarrow{V}\) คือเวกเตอร์ความเร็วเฉลี่ย Keff = K + Kt คือค่าการนำความร้อนที่มีประสิทธิผลของนาโนฟลูอิดแบบโควาเลนต์และไม่มีโควาเลนต์ และ ε คืออัตราการกระจายพลังงานคุณสมบัติทางอุณหฟิสิกส์ที่มีประสิทธิผลของนาโนฟลูอิด รวมถึงความหนาแน่น (ρ) ความหนืด (μ) ความจุความร้อนจำเพาะ (Cp) และค่าการนำความร้อน (k) ที่แสดงในตาราง ได้รับการวัดในระหว่างการศึกษาเชิงทดลองที่อุณหภูมิ 308 K1 เมื่อใช้ ในเครื่องจำลองเหล่านี้
การจำลองเชิงตัวเลขของการไหลของนาโนฟลูอิดที่ปั่นป่วนในหลอดธรรมดาและหลอด TT ดำเนินการที่หมายเลข Reynolds 7000 ≤ Re ≤ 17000 การจำลองและค่าสัมประสิทธิ์การพาความร้อนของการพาความร้อนเหล่านี้ได้รับการวิเคราะห์โดยใช้แบบจำลองความปั่นป่วน κ-ω ของ Mentor ของการถ่ายโอนความเครียดเฉือน (SST) โดยมีค่าเฉลี่ยเหนือความปั่นป่วนของ Reynolds รุ่น Navier-Stokes ที่นิยมใช้ในการวิจัยด้านอากาศพลศาสตร์นอกจากนี้ โมเดลยังทำงานโดยไม่มีฟังก์ชันติดผนังและมีความแม่นยำใกล้กับผนัง 35,36(SST) κ-ω สมการควบคุมของแบบจำลองความปั่นป่วนมีดังนี้:
โดยที่ \(S\) คือค่าของอัตราความเครียด และ \(y\) คือระยะห่างจากพื้นผิวที่อยู่ติดกันในขณะเดียวกัน \({\alpha__{1}\), \({\alpha__{2}\), \({\beta}_{1}\), \({\beta__{ 2 }\), \({\beta}^{*}\), \({\sigma_{{k__{1}}\), \({\sigma_{{k__{ 2 }}\), \({\sigma_{{\omega_{1}}\) และ \({\sigma__{{\omega}_{2}}\) แสดงถึงค่าคงที่ของโมเดลทั้งหมดF1 และ F2 เป็นฟังก์ชันผสมหมายเหตุ: F1 = 1 ในเลเยอร์ขอบเขต 0 ในโฟลว์ที่กำลังจะมาถึง
พารามิเตอร์การประเมินประสิทธิภาพใช้เพื่อศึกษาการถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อนแบบปั่นป่วน การไหลของนาโนฟลูอิดแบบโควาเลนต์และไม่ใช่โควาเลนต์ ตัวอย่างเช่น 31:
ในบริบทนี้ (\(\rho\)), (\(v\)), (\({D__{h}\)) และ (\(\mu\)) ใช้สำหรับความหนาแน่น ความเร็วของของไหล เส้นผ่านศูนย์กลางไฮดรอลิกและความหนืดไดนามิก(\({C__{p}\, \mathrm{u}\, k\)) – ความจุความร้อนจำเพาะและค่าการนำความร้อนของของไหลที่ไหลนอกจากนี้ (\(\dot{m}\)) หมายถึงการไหลของมวล และ (\({T`{out}-{T`{in}\)) หมายถึงความแตกต่างของอุณหภูมิทางเข้าและทางออก(NFs) อ้างอิงถึงนาโนฟลูอิดโควาเลนต์ที่ไม่ใช่โควาเลนต์ และ (DW) อ้างอิงถึงน้ำกลั่น (ของไหลเบส)\({A__{s} = \pi DL\), \({\overline{T}__{f}=\frac{\left({T__{out}-{T__{ใน }\right)}{2}\) และ \({\overline{T}__{w}=\sum \frac{{T}_{w}}{n}\)
คุณสมบัติทางอุณหฟิสิกส์ของของเหลวพื้นฐาน (DW), นาโนฟลูอิดที่ไม่ใช่โควาเลนต์ (GNF-SDBS@DW) และนาโนฟลูอิดโควาเลนต์ (GNF-COOH@DW) ถูกนำมาจากวรรณกรรมที่ตีพิมพ์ (การศึกษาเชิงทดลอง) Sn = 308 K โดยที่ แสดงในตารางที่ 134 ในการทดลองทั่วไปเพื่อให้ได้นาโนฟลูอิดที่ไม่ใช่โควาเลนต์ (GNP-SDBS@DW) โดยมีเปอร์เซ็นต์มวลที่ทราบ GNP หลักบางกรัมจะถูกชั่งน้ำหนักในเบื้องต้นบนเครื่องชั่งดิจิทัลอัตราส่วนน้ำหนักของ SDBS/Native GNP คือ (0.5:1) ถ่วงน้ำหนักในหน่วย DWในกรณีนี้ นาโนฟลูอิดโควาเลนต์ (COOH-GNP@DW) ถูกสังเคราะห์โดยการเติมหมู่คาร์บอกซิลลงบนพื้นผิวของ GNP โดยใช้ตัวกลางที่มีความเป็นกรดสูงซึ่งมีอัตราส่วนปริมาตร (1:3) ของ HNO3 และ H2SO4นาโนฟลูอิดโควาเลนต์และไม่ใช่โควาเลนต์ถูกแขวนลอยใน DW ที่เปอร์เซ็นต์น้ำหนักที่แตกต่างกันสามเปอร์เซ็นต์ เช่น 0.025 % โดยน้ำหนัก, 0.05 % โดยน้ำหนักและ 0.1% ของมวล
การทดสอบความเป็นอิสระของเมชดำเนินการในโดเมนการคำนวณที่แตกต่างกันสี่โดเมน เพื่อให้แน่ใจว่าขนาดเมชไม่ส่งผลกระทบต่อการจำลองในกรณีท่อทอร์ชั่น 45° จำนวนยูนิตที่มีขนาดยูนิต 1.75 มม. คือ 249,033 จำนวนยูนิตที่มีขนาดยูนิต 2 มม. คือ 307,969 จำนวนยูนิตที่มีขนาดยูนิต 2.25 มม. คือ 421,406 และจำนวนยูนิต ด้วยขนาดตัวเครื่อง 2 .5 มม. 564 940 ตามลำดับนอกจากนี้ ในตัวอย่างของท่อบิดงอ 90° จำนวนองค์ประกอบที่มีขนาดองค์ประกอบ 1.75 มม. คือ 245,531 จำนวนองค์ประกอบที่มีขนาดองค์ประกอบ 2 มม. คือ 311,584 จำนวนองค์ประกอบที่มีขนาดองค์ประกอบ 2.25 มม. คือ 422,708 และจำนวนองค์ประกอบที่มีขนาดองค์ประกอบ 2.5 มม. คือ 573,826 ตามลำดับความแม่นยำของการอ่านคุณสมบัติทางความร้อน เช่น (Tout, htc และ Nuavg) จะเพิ่มขึ้นเมื่อจำนวนองค์ประกอบลดลงในเวลาเดียวกันความแม่นยำของค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานและแรงดันตกแสดงให้เห็นพฤติกรรมที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง (รูปที่ 2)กริด (2) ถูกใช้เป็นพื้นที่กริดหลักเพื่อประเมินคุณลักษณะทางความร้อน-ไฮดรอลิกในกรณีจำลอง
การทดสอบประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนและแรงดันตกโดยไม่ขึ้นอยู่กับตาข่ายโดยใช้ท่อ DW คู่บิดที่ 45° และ 90°
ผลลัพธ์เชิงตัวเลขปัจจุบันได้รับการตรวจสอบความถูกต้องสำหรับประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนและสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานโดยใช้ความสัมพันธ์เชิงประจักษ์และสมการที่รู้จักกันดี เช่น Dittus-Belter, Petukhov, Gnelinsky, Notter-Rouse และ Blasiusการเปรียบเทียบดำเนินการภายใต้เงื่อนไข 7000≤Re≤17000ตามรูป3 ข้อผิดพลาดเฉลี่ยและสูงสุดระหว่างผลการจำลองและสมการการถ่ายเทความร้อนคือ 4.050 และ 5.490% (Dittus-Belter), 9.736 และ 11.33% (Petukhov), 4.007 และ 7.483% (Gnelinsky) และ 3.883% และ 4.937% ( น็อตต์-เบลเตอร์)ดอกกุหลาบ).ในกรณีนี้ ข้อผิดพลาดโดยเฉลี่ยและสูงสุดระหว่างผลการจำลองและสมการสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานคือ 7.346% และ 8.039% (Blasius) และ 8.117% และ 9.002% (Petukhov) ตามลำดับ
คุณสมบัติการถ่ายเทความร้อนและอุทกพลศาสตร์ของ DW ที่เลขเรย์โนลด์ต่างๆ โดยใช้การคำนวณเชิงตัวเลขและความสัมพันธ์เชิงประจักษ์
ในส่วนนี้จะกล่าวถึงคุณสมบัติทางความร้อนของนาโนฟลูอิดน้ำที่ไม่ใช่โควาเลนต์ (LNP-SDBS) และโควาเลนต์ (LNP-COOH) ที่เศษส่วนมวลที่แตกต่างกันสามส่วนและตัวเลขเรย์โนลด์สเป็นค่าเฉลี่ยที่สัมพันธ์กับของไหลพื้นฐาน (DW)รูปทรงสองแบบของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบสายพานขด (มุมเกลียว 45° และ 90°) ถูกกล่าวถึงสำหรับ 7000 ≤ Re ≤ 17000 ในรูป4 แสดงอุณหภูมิเฉลี่ยที่ทางออกของนาโนฟลูอิดเข้าสู่ของเหลวพื้นฐาน (DW) (\(\frac{{{T__{out}__{NFs}}{{{T__{out}__{ DW } } \) ) ที่ (0.025% wt., 0.05% wt. และ 0.1% wt.)(\(\frac{{{T__{out}}_{NFs}}{{{T__{out}__{DW}}\)) น้อยกว่า 1 เสมอ ซึ่งหมายความว่าอุณหภูมิทางออก เป็นนาโนฟลูอิดที่ไม่ใช่โควาเลนต์ (VNP-SDBS) และโควาเลนต์นาโนฟลูอิด (VNP-COOH) ต่ำกว่าอุณหภูมิที่ทางออกของของเหลวฐานการลดลงต่ำสุดและสูงสุดคือ 0.1 wt%-COOH@GNPs และ 0.1 wt%-SDBS@GNPs ตามลำดับปรากฏการณ์นี้เกิดจากการเพิ่มจำนวนเรย์โนลด์สที่เศษส่วนมวลคงที่ ซึ่งนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของนาโนฟลูอิด (นั่นคือ ความหนาแน่นและความหนืดไดนามิก)
รูปที่ 5 และ 6 แสดงคุณลักษณะการถ่ายเทความร้อนโดยเฉลี่ยของของไหลนาโนเป็นของเหลวพื้นฐาน (DW) ที่ (0.025 % โดยน้ำหนัก 0.05 % โดยน้ำหนัก และ 0.1 % โดยน้ำหนัก)คุณสมบัติการถ่ายเทความร้อนโดยเฉลี่ยจะมากกว่า 1 เสมอ ซึ่งหมายความว่าคุณสมบัติการถ่ายเทความร้อนของนาโนฟลูอิดที่ไม่ใช่โควาเลนต์ (LNP-SDBS) และโควาเลนต์ (LNP-COOH) จะเพิ่มขึ้นเมื่อเปรียบเทียบกับของเหลวพื้นฐาน0.1 wt%-COOH@GNPs และ 0.1 wt%-SDBS@GNPs ได้รับอัตราขยายต่ำสุดและสูงสุดตามลำดับเมื่อเลขเรย์โนลด์สเพิ่มขึ้นเนื่องจากของเหลวผสมและความปั่นป่วนในท่อ 1 มากขึ้น ประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนจะดีขึ้นของไหลที่ผ่านช่องว่างเล็กๆ จะมีความเร็วสูงขึ้น ส่งผลให้ชั้นขอบเขตความเร็ว/ความร้อนบางลง ซึ่งเพิ่มอัตราการถ่ายเทความร้อนการเพิ่มอนุภาคนาโนลงในของเหลวพื้นฐานสามารถให้ผลลัพธ์ทั้งเชิงบวกและเชิงลบผลกระทบที่เป็นประโยชน์ ได้แก่ การชนกันของอนุภาคนาโนที่เพิ่มขึ้น ข้อกำหนดการนำความร้อนของของเหลวที่ดี และการถ่ายเทความร้อนที่เพิ่มขึ้น
สัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนของของไหลนาโนไปยังของไหลพื้นฐาน ขึ้นอยู่กับเลขเรย์โนลด์สสำหรับท่อ 45° และ 90°
ในเวลาเดียวกัน ผลเสียคือการเพิ่มขึ้นของความหนืดไดนามิกของนาโนฟลูอิด ซึ่งจะลดการเคลื่อนที่ของนาโนฟลูอิด ดังนั้นจึงลดจำนวน Nusselt เฉลี่ย (Nuavg)ค่าการนำความร้อนที่เพิ่มขึ้นของนาโนฟลูอิด (ZNP-SDBS@DW) และ (ZNP-COOH@DW) ควรเกิดจากการเคลื่อนที่แบบบราวเนียนและการพาความร้อนขนาดเล็กของอนุภาคนาโนกราฟีนที่แขวนลอยใน DW37ค่าการนำความร้อนของนาโนฟลูอิด (ZNP-COOH@DV) สูงกว่าค่าการนำความร้อนของนาโนฟลูอิด (ZNP-SDBS@DV) และน้ำกลั่นการเพิ่มวัสดุนาโนลงในของเหลวฐานจะทำให้ค่าการนำความร้อนเพิ่มขึ้น (ตารางที่ 1)38
รูปที่ 7 แสดงค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานเฉลี่ยของของไหลนาโนกับของไหลพื้นฐาน (DW) (f(NFs)/f(DW)) ในหน่วยเปอร์เซ็นต์มวล (0.025%, 0.05% และ 0.1%)ค่าสัมประสิทธิ์การเสียดสีโดยเฉลี่ยจะอยู่ที่ µ1 เสมอ ซึ่งหมายความว่าฟลูอิดนาโนที่ไม่ใช่โควาเลนต์ (GNF-SDBS@DW) และโควาเลนต์ (GNF-COOH@DW) มีค่าสัมประสิทธิ์การเสียดสีเดียวกันกับของไหลพื้นฐานเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่มีพื้นที่น้อยจะทำให้เกิดการกีดขวางการไหลมากขึ้น และเพิ่มแรงเสียดทานในการไหล1โดยพื้นฐานแล้ว ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานจะเพิ่มขึ้นเล็กน้อยเมื่อสัดส่วนมวลของนาโนฟลูอิดเพิ่มขึ้นการสูญเสียจากการเสียดสีที่สูงขึ้นนั้นเกิดจากความหนืดไดนามิกที่เพิ่มขึ้นของนาโนฟลูอิด และความเค้นเฉือนที่เพิ่มขึ้นบนพื้นผิวโดยมีเปอร์เซ็นต์มวลของนาโนกราฟีนที่สูงขึ้นในของเหลวพื้นฐานตาราง (1) แสดงให้เห็นว่าความหนืดไดนามิกของนาโนฟลูอิด (ZNP-SDBS@DV) สูงกว่าความหนืดไดนามิกของนาโนฟลูอิด (ZNP-COOH@DV) ที่เปอร์เซ็นต์น้ำหนักเท่ากัน ซึ่งเกี่ยวข้องกับการเพิ่มผลกระทบของพื้นผิวสารออกฤทธิ์บนนาโนฟลูอิดที่ไม่ใช่โควาเลนต์
บนรูป8 แสดงนาโนฟลูอิดเมื่อเปรียบเทียบกับของไหลพื้นฐาน (DW) (\(\frac{{\Delta P__{NFs}}{{\Delta P__{DW}}\)) ที่ (0.025%, 0.05% และ 0.1% ).นาโนฟลูอิดที่ไม่ใช่โควาเลนต์ (GNPs-SDBS@DW) แสดงการสูญเสียแรงดันโดยเฉลี่ยที่สูงกว่า และด้วยเปอร์เซ็นต์มวลที่เพิ่มขึ้นเป็น 2.04% สำหรับ 0.025% โดยน้ำหนัก, 2.46% สำหรับ 0.05% โดยน้ำหนักและ 3.44% สำหรับ 0.1% โดยน้ำหนักพร้อมการขยายเคส (มุมเกลียว 45° และ 90°)ในขณะเดียวกัน นาโนฟลูอิด (GNPs-COOH@DW) แสดงการสูญเสียแรงดันโดยเฉลี่ยที่ต่ำกว่า โดยเพิ่มขึ้นจาก 1.31% ที่ 0.025% โดยน้ำหนักมากถึง 1.65% ที่ 0.05% โดยน้ำหนักการสูญเสียแรงดันโดยเฉลี่ย 0.05 wt.%-COOH@NP และ 0.1 wt.%-COOH@NP คือ 1.65%ดังที่เห็นได้ว่าความดันลดลงจะเพิ่มขึ้นตามจำนวน Re ที่เพิ่มขึ้นในทุกกรณีแรงดันตกที่เพิ่มขึ้นที่ค่า Re สูงจะถูกระบุโดยการพึ่งพาการไหลของปริมาตรโดยตรงดังนั้นค่า Re ที่สูงขึ้นในท่อจะทำให้แรงดันตกคร่อมสูงขึ้น ซึ่งต้องเพิ่มกำลังปั๊ม39,40นอกจากนี้ การสูญเสียแรงดันจะสูงขึ้นเนื่องจากความเข้มข้นของกระแสน้ำวนและความปั่นป่วนที่สูงขึ้นซึ่งเกิดจากพื้นที่ผิวที่ใหญ่ขึ้น ซึ่งจะเพิ่มปฏิสัมพันธ์ของแรงดันและแรงเฉื่อยในชั้นขอบเขต1
โดยทั่วไป เกณฑ์การประเมินประสิทธิภาพ (PEC) สำหรับนาโนฟลูอิดที่ไม่ใช่โควาเลนต์ (VNP-SDBS@DW) และโควาเลนต์ (VNP-COOH@DW) จะแสดงไว้ในรูปที่9. นาโนฟลูอิด (ZNP-SDBS@DV) แสดงค่า PEC สูงกว่า (ZNP-COOH@DV) ในทั้งสองกรณี (มุมเกลียว 45° และ 90°) และได้รับการปรับปรุงโดยการเพิ่มเศษส่วนมวล เช่น 0.025 น้ำหนัก%คือ 1.17, 0.05 wt.% คือ 1.19 และ 0.1 wt.% คือ 1.26ในขณะเดียวกัน ค่า PEC ที่ใช้นาโนฟลูอิด (GNPs-COOH@DW) คือ 1.02 สำหรับ 0.025 wt%, 1.05 สำหรับ 0.05 wt%, 1.05 สำหรับ 0.1 wt%ในทั้งสองกรณี (มุมเกลียว 45° และ 90°)1.02.ตามกฎแล้ว เมื่อเพิ่มจำนวน Reynolds ประสิทธิภาพเชิงความร้อน-ไฮดรอลิกจะลดลงอย่างมากเมื่อจำนวน Reynolds เพิ่มขึ้น การลดลงของค่าสัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพความร้อน-ไฮดรอลิกจะสัมพันธ์กันอย่างเป็นระบบกับการเพิ่มขึ้นของ (NuNFs/NuDW) และการลดลงของ (fNFs/fDW)
คุณสมบัติไฮโดรเทอร์มอลของนาโนฟลูอิดเทียบกับของเหลวพื้นฐาน ขึ้นอยู่กับตัวเลขเรย์โนลด์สสำหรับหลอดที่มีมุม 45° และ 90°
ในส่วนนี้จะกล่าวถึงคุณสมบัติทางความร้อนของน้ำ (DW) นาโนฟลูอิดที่ไม่ใช่โควาเลนต์ (VNP-SDBS@DW) และโควาเลนต์ (VNP-COOH@DW) นาโนฟลูอิดที่ความเข้มข้นของมวลต่างกันสามแบบและเลขเรย์โนลด์สรูปทรงเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนของสายพานขดสองเส้นได้รับการพิจารณาในช่วง 7000 ≤ Re ≤ 17000 เมื่อเทียบกับท่อทั่วไป (มุมเกลียว 45° และ 90°) เพื่อประเมินประสิทธิภาพโดยเฉลี่ยของความร้อน-ไฮดรอลิกบนรูป10 แสดงอุณหภูมิของน้ำและนาโนฟลูอิดที่ทางออกโดยเฉลี่ยโดยใช้ (มุมเกลียว 45° และ 90°) สำหรับท่อทั่วไป (\(\frac{{{T__{out}__{Twisted}}{{ {T} _{ออก}__{ปกติ}}\))นาโนฟลูอิดที่ไม่ใช่โควาเลนต์ (GNP-SDBS@DW) และโควาเลนต์ (GNP-COOH@DW) มีเศษส่วนน้ำหนักที่แตกต่างกันสามส่วน เช่น 0.025 wt%, 0.05 wt% และ 0.1 wt%ดังแสดงในรูป11 ค่าเฉลี่ยของอุณหภูมิขาออก (\(\frac{{{T} _ {out} _ {Twisted}} {{{T _ {ออก} _ {ธรรมดา}} \)) > 1, บ่งชี้ว่า (มุมเกลียว 45° และ 90°) อุณหภูมิที่ทางออกของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนมีความสำคัญมากกว่าอุณหภูมิของท่อทั่วไป เนื่องจากความเข้มข้นของความปั่นป่วนที่มากขึ้นและการผสมของของเหลวได้ดีกว่านอกจากนี้ อุณหภูมิที่ทางออกของ DW, นาโนฟลูอิดที่ไม่ใช่โควาเลนต์และโควาเลนต์ลดลงเมื่อจำนวนเรย์โนลด์สเพิ่มขึ้นน้ำมันพื้นฐาน (DW) มีอุณหภูมิทางออกเฉลี่ยสูงสุดในขณะเดียวกัน ค่าต่ำสุดหมายถึง 0.1 wt%-SDBS@GNPsนาโนฟลูอิดที่ไม่ใช่โควาเลนต์ (GNPs-SDBS@DW) แสดงอุณหภูมิทางออกเฉลี่ยที่ต่ำกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับนาโนฟลูอิดโควาเลนต์ (GNPs-COOH@DW)เนื่องจากเทปพันเกลียวทำให้สนามการไหลผสมกันมากขึ้น ฟลักซ์ความร้อนบริเวณผนังใกล้จึงสามารถผ่านของเหลวได้ง่ายขึ้น ทำให้อุณหภูมิโดยรวมเพิ่มขึ้นอัตราส่วนการบิดต่อเทปที่ต่ำกว่าส่งผลให้สามารถเจาะทะลุได้ดีขึ้น และด้วยเหตุนี้การถ่ายเทความร้อนจึงดีขึ้นในทางกลับกัน จะเห็นได้ว่าเทปที่รีดจะรักษาอุณหภูมิที่ต่ำกว่ากับผนัง ซึ่งจะทำให้ Nuavg เพิ่มขึ้นสำหรับการแทรกเทปพันเกลียว ค่า Nuavg ที่สูงขึ้นบ่งชี้ว่าการถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อนภายในท่อดีขึ้น22เนื่องจากเส้นทางการไหลที่เพิ่มขึ้นและการผสมและความปั่นป่วนเพิ่มเติม เวลาพักจึงเพิ่มขึ้น ส่งผลให้อุณหภูมิของของเหลวที่ทางออกเพิ่มขึ้น41
จำนวนเรย์โนลด์ของนาโนฟลูอิดต่างๆ ที่สัมพันธ์กับอุณหภูมิทางออกของหลอดธรรมดา (มุมเกลียว 45° และ 90°)
ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อน (มุมเกลียว 45° และ 90°) เทียบกับตัวเลข Reynolds สำหรับนาโนฟลูอิดต่างๆ เมื่อเปรียบเทียบกับหลอดทั่วไป
กลไกหลักของการถ่ายเทความร้อนด้วยเทปขดแบบปรับปรุงมีดังต่อไปนี้: 1. การลดเส้นผ่านศูนย์กลางไฮดรอลิกของท่อแลกเปลี่ยนความร้อนจะทำให้ความเร็วการไหลและความโค้งเพิ่มขึ้น ซึ่งจะเพิ่มแรงเฉือนที่ผนังและส่งเสริมการเคลื่อนที่ขั้นที่สอง2. เนื่องจากการอุดตันของเทปม้วน ความเร็วที่ผนังท่อจะเพิ่มขึ้น และความหนาของชั้นขอบเขตลดลง3. การไหลแบบเกลียวด้านหลังสายพานบิดทำให้ความเร็วเพิ่มขึ้น4. กระแสน้ำวนเหนี่ยวนำปรับปรุงการผสมของของไหลระหว่างบริเวณส่วนกลางและบริเวณผนังใกล้ของการไหล42บนรูป11 และรูปที่รูปที่ 12 แสดงคุณสมบัติการถ่ายเทความร้อนของ DW และนาโนฟลูอิด เช่น (สัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนและเลขนัสเซลต์เฉลี่ย) เป็นค่าเฉลี่ยโดยใช้ท่อสอดเทปบิดเมื่อเปรียบเทียบกับท่อทั่วไปนาโนฟลูอิดที่ไม่ใช่โควาเลนต์ (GNP-SDBS@DW) และโควาเลนต์ (GNP-COOH@DW) มีเศษส่วนน้ำหนักที่แตกต่างกันสามส่วน เช่น 0.025 wt%, 0.05 wt% และ 0.1 wt%ในตัวแลกเปลี่ยนความร้อนทั้งสองตัว (มุมเกลียว 45° และ 90°) ประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนโดยเฉลี่ยอยู่ที่ >1 ซึ่งบ่งชี้ถึงการปรับปรุงค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนและจำนวน Nusselt เฉลี่ยของท่อขดเมื่อเปรียบเทียบกับท่อทั่วไปนาโนฟลูอิดที่ไม่ใช่โควาเลนต์ (GNPs-SDBS@DW) แสดงการปรับปรุงการถ่ายเทความร้อนโดยเฉลี่ยที่สูงกว่านาโนฟลูอิดโควาเลนต์ (GNPs-COOH@DW)ที่ Re = 900 ประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อน -SDBS@GNPs ที่ดีขึ้น 0.1 % โดยน้ำหนักสำหรับตัวแลกเปลี่ยนความร้อนสองตัว (มุมเกลียว 45° และ 90°) เป็นค่าสูงสุดโดยมีค่า 1.90ซึ่งหมายความว่าเอฟเฟกต์ TP ที่สม่ำเสมอมีความสำคัญมากกว่าที่ความเร็วของของไหลที่ต่ำกว่า (เลขเรย์โนลด์ส) 43 และเพิ่มความเข้มของความปั่นป่วนเนื่องจากมีการใช้ vortices หลายตัว ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนและจำนวน Nusselt เฉลี่ยของท่อ TT จึงสูงกว่าท่อทั่วไป ส่งผลให้ชั้นขอบเขตบางลงการมีอยู่ของ HP จะเพิ่มความเข้มข้นของความปั่นป่วน การผสมของการไหลของของไหลที่ใช้งาน และการถ่ายเทความร้อนที่เพิ่มขึ้นหรือไม่ เมื่อเปรียบเทียบกับท่อฐาน (โดยไม่ต้องสอดเทปที่บิดเกลียว)21
เลขนัสเซลต์เฉลี่ย (มุมเกลียว 45° และ 90°) เทียบกับเลขเรย์โนลด์สสำหรับนาโนฟลูอิดต่างๆ เมื่อเปรียบเทียบกับหลอดทั่วไป
รูปที่ 13 และ 14 แสดงค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานโดยเฉลี่ย (\(\frac{{f__{Twisted}}{{f__{Plain}}\)) และการสูญเสียแรงดัน (\(\frac{{\Delta P} _ {Twisted}}{{\Delta P__{Plain}}\}} ประมาณ 45° และ 90° สำหรับท่อทั่วไปที่ใช้ DW nanofluids, (GNPs-SDBS@DW) และ (GNPs-COOH@DW) ตัวแลกเปลี่ยนไอออนประกอบด้วย ( 0.025 wt %, 0.05 wt % และ 0.1 wt %) { {f__{Plain} }\)) และการสูญเสียแรงดัน (\(\frac{{ \Delta P__{Twisted}}{{\Delta P __{Plain}}\}) ลดลง กรณี ค่าสัมประสิทธิ์การเสียดสีและการสูญเสียความดันจะสูงขึ้นที่เลขเรย์โนลด์สที่ต่ำกว่า ค่าสัมประสิทธิ์การเสียดสีโดยเฉลี่ยและการสูญเสียความดันอยู่ระหว่าง 3.78 ถึง 3.12 ค่าสัมประสิทธิ์การเสียดสีโดยเฉลี่ยและการสูญเสียความดันแสดงให้เห็นว่า (45° เกลียว เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบมุมและ 90°) มีราคาสูงกว่าท่อทั่วไปถึง 3 เท่า นอกจากนี้ เมื่อของไหลทำงานไหลด้วยความเร็วสูง ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานจะลดลง ปัญหาเกิดขึ้นเนื่องจากเมื่อเลข Reynolds เพิ่มขึ้น ความหนาของชั้นขอบเขตก็จะยิ่งหนาขึ้น ลดลง ซึ่งนำไปสู่การลดลงของผลกระทบของความหนืดไดนามิกบนพื้นที่ที่ได้รับผลกระทบ การไล่ระดับความเร็วและความเค้นเฉือนลดลง และส่งผลให้ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานลดลง 21ผลการปิดกั้นที่ได้รับการปรับปรุงเนื่องจากการมีอยู่ของ TT และการหมุนวนที่เพิ่มขึ้นส่งผลให้สูญเสียแรงดันสำหรับท่อ TT ที่ต่างกันสูงกว่าท่อฐานอย่างมีนัยสำคัญนอกจากนี้สำหรับทั้งท่อฐานและท่อ TT จะเห็นได้ว่าแรงดันตกเพิ่มขึ้นตามความเร็วของของไหลทำงาน43
สัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน (มุมเกลียว 45° และ 90°) เทียบกับเลขเรย์โนลด์สสำหรับนาโนฟลูอิดต่างๆ เมื่อเปรียบเทียบกับท่อทั่วไป
การสูญเสียแรงดัน (มุมเกลียว 45° และ 90°) เป็นฟังก์ชันของเลขเรย์โนลด์สสำหรับนาโนฟลูอิดต่างๆ ที่สัมพันธ์กับท่อทั่วไป
โดยสรุป รูปที่ 15 แสดงเกณฑ์การประเมินประสิทธิภาพ (PEC) สำหรับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่มีมุม 45° และ 90° เมื่อเปรียบเทียบกับท่อธรรมดา (\(\frac{{PEC__{Twisted}}{{PEC__{Plain}} \ ) ) ใน (0.025 % โดยน้ำหนัก, 0.05 % โดยน้ำหนักและ 0.1 โดยน้ำหนัก%) โดยใช้นาโนฟลูอิดนาโนของ DV, (VNP-SDBS@DV) และโควาเลนต์ (VNP-COOH@DV)ค่า (\(\frac{{PEC__{Twisted}}{{PEC__{Plain}}\)) > 1 ในทั้งสองกรณี (มุมเกลียว 45° และ 90°) ในตัวแลกเปลี่ยนความร้อนนอกจากนี้ (\(\frac{{PEC__{Twisted}}{{PEC__{Plain}}\)) ไปถึงค่าที่ดีที่สุดที่ Re = 11,000เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน 90° แสดงการเพิ่มขึ้นเล็กน้อย (\ (\frac{{PEC__{Twisted}}{{PEC__{Plain}}\)) เมื่อเทียบกับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน 45°ที่ Re = 11,000 0.1 wt%-GNPs@SDBS แสดงถึงค่าที่สูงกว่า (\(\frac{{PEC`{Twisted}}{{PEC`{Plain}}\)) เช่น 1.25 สำหรับมุมเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน 45° และ 1.27 สำหรับตัวแลกเปลี่ยนความร้อนที่มุม 90°ซึ่งมีค่ามากกว่าหนึ่งเปอร์เซ็นต์ของเศษส่วนมวลทั้งหมด ซึ่งบ่งชี้ว่าท่อที่มีเทปพันเกลียวจะดีกว่าท่อทั่วไปโดยเฉพาะอย่างยิ่ง การถ่ายเทความร้อนที่ได้รับการปรับปรุงให้ดีขึ้นโดยส่วนแทรกของเทปส่งผลให้สูญเสียแรงเสียดทานเพิ่มขึ้นอย่างมาก22
เกณฑ์ประสิทธิภาพสำหรับจำนวน Reynolds ของนาโนฟลูอิดต่างๆ ที่สัมพันธ์กับท่อทั่วไป (มุมเกลียว 45° และ 90°)
ภาคผนวก A แสดงให้เห็นการปรับปรุงประสิทธิภาพสำหรับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน 45° และ 90° ที่ Re = 7000 โดยใช้ DW, 0.1 wt%-GNP-SDBS@DW และ 0.1 wt%-GNP-COOH@DWความเพรียวบางในระนาบแนวขวางเป็นคุณลักษณะที่โดดเด่นที่สุดของเอฟเฟกต์ของการสอดริบบิ้นแบบบิดบนการไหลหลักการใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน 45° และ 90° แสดงให้เห็นว่าความเร็วในบริเวณใกล้ผนังมีค่าเท่ากันโดยประมาณในขณะเดียวกัน ภาคผนวก B แสดงรูปร่างความเร็วสำหรับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน 45° และ 90° ที่ Re = 7000 โดยใช้ DW, 0.1 wt%-GNP-SDBS@DW และ 0.1 wt%-GNP-COOH@DWลูปความเร็วอยู่ในตำแหน่งที่แตกต่างกันสามตำแหน่ง (สไลซ์) ตัวอย่างเช่น Plain-1 (P1 = −30 มม.), Plain-4 (P4 = 60 มม.) และ Plain-7 (P7 = 150 มม.)ความเร็วการไหลใกล้กับผนังท่อต่ำที่สุด และความเร็วของของไหลจะเพิ่มขึ้นเข้าหาศูนย์กลางของท่อนอกจากนี้เมื่อผ่านท่ออากาศจะมีพื้นที่ความเร็วต่ำใกล้ผนังเพิ่มขึ้นนี่เป็นเพราะการเติบโตของชั้นขอบเขตอุทกพลศาสตร์ซึ่งจะเพิ่มความหนาของบริเวณความเร็วต่ำใกล้กับผนังนอกจากนี้ การเพิ่มจำนวนเรย์โนลด์สจะเพิ่มระดับความเร็วโดยรวมในหน้าตัดทั้งหมด ดังนั้นความหนาของบริเวณความเร็วต่ำในช่อง 39 จึงลดลง
แผ่นนาโนกราฟีนที่ทำงานด้วยโควาเลนต์และไม่ใช่โควาเลนต์ได้รับการประเมินในส่วนแทรกเทปบิดที่มีมุมเกลียว 45° และ 90°เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนได้รับการแก้ไขเชิงตัวเลขโดยใช้แบบจำลองความปั่นป่วนเคโอเมกา SST ที่ 7000 ≤ Re ≤ 17000 คุณสมบัติทางเทอร์โมฟิสิกส์คำนวณที่ Tin = 308 K ให้ความร้อนผนังท่อบิดพร้อมกันที่อุณหภูมิคงที่ 330 K COOH@DV) ถูกเจือจางในปริมาณมวลสามปริมาณ ตัวอย่างเช่น (0.025 % โดยน้ำหนัก, 0.05 % โดยน้ำหนัก และ 0.1 % โดยน้ำหนัก)การศึกษาในปัจจุบันพิจารณาปัจจัยหลัก 6 ประการ ได้แก่ อุณหภูมิทางออก สัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อน หมายเลขนัสเซลต์เฉลี่ย ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน การสูญเสียแรงดัน และเกณฑ์การประเมินประสิทธิภาพนี่คือข้อค้นพบหลัก:
อุณหภูมิทางออกเฉลี่ย (\({{T`{out}`{Nanofluids}\)/\({{T`{out}`{Basefluid}\)) จะน้อยกว่า 1 เสมอ ซึ่งหมายความว่า ไม่แพร่กระจาย อุณหภูมิทางออกของวาเลนซ์ (ZNP-SDBS@DV) และโควาเลนต์นาโนฟลูอิด (ZNP-COOH@DV) ต่ำกว่าอุณหภูมิของของเหลวพื้นฐานในขณะเดียวกัน อุณหภูมิขาออกเฉลี่ย (\({{T`{out}`{Twisted}\)/\({{T`{out}`{Plain}\)) ค่า > 1 ซึ่งบ่งชี้ถึง ความจริงที่ว่า (มุมเกลียว 45° และ 90°) อุณหภูมิทางออกจะสูงกว่าท่อทั่วไป
ในทั้งสองกรณี ค่าเฉลี่ยของคุณสมบัติการถ่ายเทความร้อน (นาโนฟลูอิด/ของเหลวพื้นฐาน) และ (ท่อบิด/ท่อปกติ) จะแสดง >1 เสมอนาโนฟลูอิดนาโนที่ไม่ใช่โควาเลนต์ (GNPs-SDBS@DW) แสดงการถ่ายเทความร้อนที่เพิ่มขึ้นโดยเฉลี่ยสูงกว่า ซึ่งสอดคล้องกับนาโนฟลูอิดโควาเลนต์ (GNPs-COOH@DW)
ค่าสัมประสิทธิ์การเสียดสีโดยเฉลี่ย (\({f`{Nanofluids}/{f}{Basefluid}\)) ของนาโนฟลูอิดที่ไม่ใช่โควาเลนต์ (VNP-SDBS@DW) และโควาเลนต์ (VNP-COOH@DW) จะเท่ากับ µ1 เสมอ .แรงเสียดทานของนาโนฟลูอิดที่ไม่ใช่โควาเลนต์ (ZNP-SDBS@DV) และโควาเลนต์ (ZNP-COOH@DV) (\({f__{Twisted}/{f__{Plain}\)) เป็นเวลา > 3
ในทั้งสองกรณี (มุมเกลียว 45° และ 90°) นาโนฟลูอิด (GNPs-SDBS@DW) แสดงค่าที่สูงกว่า (\({\Delta P`{Nanofluids}/{\Delta P`{Basefluid}\)) 0.025 โดยน้ำหนัก .% สำหรับ 2.04%, 0.05 wt.% สำหรับ 2.46% และ 0.1 wt.% สำหรับ 3.44%ในขณะเดียวกัน (GNPs-COOH@DW) นาโนฟลูอิดแสดงให้เห็นว่า (\({\Delta P__{Nanofluids}/{\Delta P__{Basefluid}\)) ต่ำกว่าจาก 1.31% สำหรับ 0.025 wt.% ถึง 1.65% คือ 0.05 % โดยน้ำหนักนอกจากนี้ การสูญเสียแรงดันโดยเฉลี่ย (\({\Delta P__{Twisted}/{\Delta P__{Plain}\) ของ non-covalent (GNPs-SDBS@DW) และ covalent (GNPs-COOH@DW) ))) ของเหลวนาโน >3 เสมอ
ในทั้งสองกรณี (มุมเกลียว 45° และ 90°) นาโนฟลูอิด (GNPs-SDBS@DW) แสดงค่า @DW ที่สูงกว่า (\({PEC`{Nanofluids}/{PEC} _{Basefluid}\)) @DW) เช่น 0.025 wt.% – 1.17, 0.05 wt.% – 1.19, 0.1 wt.% – 1.26ในกรณีนี้ ค่าของ (\({PEC__{Nanofluids}/{PEC__{Basefluid}\)) โดยใช้ (GNPs-COOH@DW) nanofluids คือ 1.02 สำหรับ 0.025 wt.%, 1.05 สำหรับ 0 , 05 น้ำหนัก% และ 1.02 คือ 0.1% โดยน้ำหนักนอกจากนี้ ที่ Re = 11,000, 0.1 wt%-GNPs@SDBS แสดงค่าที่สูงกว่า (\({PEC`{Twisted}/{PEC`{Plain}\)) เช่น 1.25 สำหรับมุมเกลียว 45° และมุมเกลียว 90° 1.27
ซี.เทียนพงศ์ และคณะ.การเพิ่มประสิทธิภาพอเนกประสงค์ของการไหลของนาโนฟลูอิดไทเทเนียมไดออกไซด์/น้ำในตัวแลกเปลี่ยนความร้อน เสริมด้วยเทปพันเกลียวที่มีปีกเดลต้าภายใน เจ.ฮอท.วิทยาศาสตร์.172, 107318 (2022)
Langerudi, HG และ Jawaerde, C. การศึกษาเชิงทดลองเกี่ยวกับการไหลของของไหลที่ไม่ใช่แบบนิวตันในเครื่องเป่าลมที่สอดด้วยเทปพันเกลียวทั่วไปและรูปตัววีความร้อนและการถ่ายเทมวล 55, 937–951 (2019)
ดง เอ็กซ์ และคณะการศึกษาเชิงทดลองเกี่ยวกับคุณลักษณะการถ่ายเทความร้อนและความต้านทานการไหลของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อบิดเกลียว [J]อุณหภูมิการใช้งานโครงการ.176, 115397 (2020)
ยงสิริ, ก., เอี่ยมสะอาด, พี., วงศ์ชารี, เค. และ เอี่ยมสะอาด, SJCS ปรับปรุงการถ่ายเทความร้อนในช่องไหลเชี่ยวด้วยครีบแยกเฉียงการวิจัยเฉพาะที่อุณหภูมิ.โครงการ.3, 1–10 (2014)