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Tubería enrollada de acero inoxidable 304 de 10 * 1 mm en China
Tamaño: 3/4 pulgada, 1/2 pulgada, 1 pulgada, 3 pulgadas, 2 pulgadas
Longitud de la tubería de la unidad: 6 metros
Grado de acero: 201, 304 Y 316
Grado: 201, 202, 304, 316, 304L, 316 L,
Material: Acero inoxidable
Estado: Nuevo
Bobina de tubo de acero inoxidable
Tamaño: 3/4 pulgada, 1/2 pulgada, 1 pulgada, 3 pulgadas, 2 pulgadas
Longitud de la tubería de la unidad: 6 metros
Grado de acero: 201, 304 Y 316
Grado: 201, 202, 304, 316, 304L, 316 L,
Material: Acero inoxidable
Estado: Nuevo
Se probaron nanofluidos covalentes y no covalentes en tubos redondos equipados con inserciones de cinta retorcida con ángulos de hélice de 45° y 90°.El número de Reynolds fue 7000 ≤ Re ≤ 17000, las propiedades termofísicas se evaluaron a 308 K. El modelo físico se resuelve numéricamente utilizando un modelo de viscosidad turbulenta de dos parámetros (turbulencia SST k-omega).En el trabajo se consideraron las concentraciones (0,025% en peso, 0,05% en peso y 0,1% en peso) de los nanofluidos ZNP-SDBS@DV y ZNP-COOH@DV.Las paredes de los tubos retorcidos se calientan a una temperatura constante de 330 K. En el presente estudio se consideraron seis parámetros: temperatura de salida, coeficiente de transferencia de calor, número de Nusselt promedio, coeficiente de fricción, pérdida de presión y criterios de evaluación del desempeño.En ambos casos (ángulo de hélice de 45° y 90°), el nanofluido ZNP-SDBS@DV mostró características termohidráulicas más altas que ZNP-COOH@DV, y aumentó al aumentar la fracción de masa, por ejemplo, 0,025 en peso.y 0,05 peso.es 1,19.% y 1,26 – 0,1 % en peso.En ambos casos (ángulo de hélice de 45° y 90°), los valores de las características termodinámicas cuando se utiliza GNP-COOH@DW son 1,02 para 0,025% en peso, 1,05 para 0,05% en peso.y 1,02 para 0,1% en peso.
El intercambiador de calor es un dispositivo termodinámico 1 utilizado para transferir calor durante las operaciones de enfriamiento y calentamiento.Las propiedades termohidráulicas del intercambiador de calor mejoran el coeficiente de transferencia de calor y reducen la resistencia del fluido de trabajo.Se han desarrollado varios métodos para mejorar la transferencia de calor, incluidos potenciadores de turbulencia2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 y nanofluidos12,13,14,15.La inserción de cinta torcida es uno de los métodos más exitosos para mejorar la transferencia de calor en intercambiadores de calor debido a su facilidad de mantenimiento y bajo costo7,16.
En una serie de estudios experimentales y computacionales se estudiaron las propiedades hidrotermales de mezclas de nanofluidos e intercambiadores de calor con inserciones de cintas retorcidas.En un trabajo experimental, se estudiaron las propiedades hidrotermales de tres nanofluidos metálicos diferentes (Ag@DW, Fe@DW y Cu@DW) en un intercambiador de calor de cinta retorcida con agujas (STT)17.En comparación con el tubo base, el coeficiente de transferencia de calor del STT mejora en un 11% y un 67%.El diseño SST es el mejor desde el punto de vista económico en términos de eficiencia con el parámetro α = β = 0,33.Además, se observó un aumento del 18,2% en n con Ag@DW, aunque el aumento máximo en la pérdida de presión fue solo del 8,5%.Se estudiaron los procesos físicos de transferencia de calor y pérdida de presión en tuberías concéntricas con y sin turbuladores helicoidales utilizando flujos turbulentos de nanofluido Al2O3@DW con convección forzada.El número de Nusselt promedio máximo (Nuavg) y la pérdida de presión se observan en Re = 20.000 cuando el paso de la bobina = 25 mm y el nanofluido Al2O3@DW 1,6 % en volumen.También se han realizado estudios de laboratorio para estudiar las características de transferencia de calor y pérdida de presión de los nanofluidos de óxido de grafeno (GO@DW) que fluyen a través de tubos casi circulares con inserciones de WC.Los resultados mostraron que 0,12 vol%-GO@DW aumentó el coeficiente de transferencia de calor por convección en aproximadamente un 77%.En otro estudio experimental, se desarrollaron nanofluidos (TiO2@DW) para estudiar las características termohidráulicas de tubos con hoyuelos equipados con inserciones de cinta retorcida20.La máxima eficiencia hidrotermal de 1,258 se logró utilizando 0,15 vol%-TiO2@DW incrustado en ejes inclinados a 45° con un factor de torsión de 3,0.Los modelos de simulación monofásicos y bifásicos (híbridos) tienen en cuenta el flujo y la transferencia de calor de nanofluidos CuO@DW en diversas concentraciones de sólidos (1–4% vol.%)21.La eficiencia térmica máxima de un tubo insertado con una cinta retorcida es 2,18, y un tubo insertado con dos cintas retorcidas en las mismas condiciones es 2,04 (modelo bifásico, Re = 36.000 y 4% vol.).Se ha estudiado el flujo turbulento de nanofluidos no newtonianos de carboximetilcelulosa (CMC) y óxido de cobre (CuO) en tuberías principales y con inserciones retorcidas.Nuavg muestra una mejora del 16,1% (para el gasoducto principal) y del 60% (para el gasoducto enrollado con una relación de (H/D = 5)).Generalmente, una relación torsión-cinta más baja da como resultado un coeficiente de fricción más alto.En un estudio experimental, se estudió el efecto de tuberías con cinta retorcida (TT) y bobinas (VC) sobre las propiedades de transferencia de calor y el coeficiente de fricción utilizando nanofluidos CuO@DW.Utilizando 0,3 vol.%-CuO@DW a Re = 20.000 permite aumentar la transferencia de calor en el tubo VK-2 hasta un valor máximo del 44,45%.Además, cuando se utiliza un cable de par trenzado y un inserto de bobina en las mismas condiciones límite, el coeficiente de fricción aumenta en factores de 1,17 y 1,19 en comparación con DW.En general, la eficiencia térmica de los nanofluidos insertados en bobinas es mejor que la de los nanofluidos insertados en cables trenzados.Se estudió la característica volumétrica de un flujo turbulento de nanofluido (MWCNT@DW) dentro de un tubo horizontal insertado en un alambre en espiral.Los parámetros de rendimiento térmico fueron> 1 en todos los casos, lo que indica que la combinación de nanofluidos con el inserto de la bobina mejora la transferencia de calor sin consumir energía de la bomba.Resumen—Las características hidrotermales de un intercambiador de calor de dos tubos con varios insertos hechos de una cinta en forma de V retorcida modificada (VcTT) se han estudiado en condiciones de flujo turbulento del nanofluido Al2O3 + TiO2@DW.En comparación con DW en tubos base, Nuavg tiene una mejora significativa del 132% y un coeficiente de fricción de hasta el 55%.Además, se discutió la eficiencia energética del nanocompuesto Al2O3+TiO2@DW en un intercambiador de calor de dos tubos26.En su estudio, encontraron que el uso de Al2O3 + TiO2@DW y TT mejoraban la eficiencia exergética en comparación con DW.En intercambiadores de calor tubulares concéntricos con turbuladores VcTT, Singh y Sarkar27 utilizaron materiales de cambio de fase (PCM), nanofluidos dispersos simples/nanocompuestos (Al2O3@DW con PCM y Al2O3 + PCM).Informaron que la transferencia de calor y la pérdida de presión aumentan a medida que disminuye el coeficiente de torsión y aumenta la concentración de nanopartículas.Un factor de profundidad de muesca en V mayor o un factor de ancho menor pueden proporcionar una mayor transferencia de calor y pérdida de presión.Además, se ha utilizado grafeno-platino (Gr-Pt) para investigar el calor, la fricción y la tasa general de generación de entropía en tubos con inserciones de 2-TT28.Su estudio demostró que un porcentaje menor de (Gr-Pt) reducía significativamente la generación de entropía térmica en comparación con un desarrollo de entropía friccional relativamente mayor.Los nanofluidos mixtos de Al2O3@MgO y WC cónico pueden considerarse una buena mezcla, ya que una relación aumentada (h/Δp) puede mejorar el rendimiento hidrotermal de un intercambiador de calor de dos tubos 29 .Se utiliza un modelo numérico para evaluar el rendimiento ambiental y de ahorro de energía de intercambiadores de calor con varios nanofluidos híbridos de tres partes (THNF) (Al2O3 + grafeno + MWCNT) suspendidos en DW30.Debido a sus criterios de evaluación de rendimiento (PEC) en el rango de 1,42 a 2,35, se requiere una combinación de inserto de turbulizador trenzado deprimido (DTTI) y (Al2O3 + grafeno + MWCNT).
Hasta ahora, se ha prestado poca atención al papel de la funcionalización covalente y no covalente en el flujo hidrodinámico de fluidos térmicos.El propósito específico de este estudio fue comparar las características termohidráulicas de nanofluidos (ZNP-SDBS@DV) y (ZNP-COOH@DV) en insertos de cinta retorcida con ángulos de hélice de 45° y 90°.Las propiedades termofísicas se midieron a Estaño = 308 K. En este caso, en el proceso de comparación se tuvieron en cuenta tres fracciones de masa, como por ejemplo (0,025% en peso, 0,05% en peso y 0,1% en peso).La transferencia de esfuerzo cortante en el modelo de flujo turbulento 3D (SST k-ω) se utiliza para resolver las características termohidráulicas.Por lo tanto, este estudio hace una contribución significativa al estudio de las propiedades positivas (transferencia de calor) y negativas (caída de presión por fricción), demostrando las características termohidráulicas y la optimización de los fluidos de trabajo reales en dichos sistemas de ingeniería.
La configuración básica es un tubo liso (L = 900 mm y Dh = 20 mm).Dimensiones de la cinta retorcida insertada (longitud = 20 mm, espesor = 0,5 mm, perfil = 30 mm).En este caso, el largo, ancho y recorrido del perfil en espiral fueron 20 mm, 0,5 mm y 30 mm, respectivamente.Las cintas retorcidas están inclinadas a 45° y 90°.Varios fluidos de trabajo como DW, nanofluidos no covalentes (GNF-SDBS@DW) y nanofluidos covalentes (GNF-COOH@DW) a Estaño = 308 K, tres concentraciones de masa diferentes y diferentes números de Reynolds.Las pruebas se realizaron en el interior del intercambiador de calor.La pared exterior del tubo en espiral se calentó a una temperatura superficial constante de 330 K para probar los parámetros para mejorar la transferencia de calor.
En la fig.1 muestra esquemáticamente un tubo de inserción de cinta retorcida con condiciones límite aplicables y área de malla.Como se mencionó anteriormente, las condiciones límite de velocidad y presión se aplican a las porciones de entrada y salida de la hélice.A una temperatura superficial constante, se impone una condición antideslizante en la pared de la tubería.La simulación numérica actual utiliza una solución basada en la presión.Al mismo tiempo, se utiliza un programa (ANSYS FLUENT 2020R1) para convertir una ecuación diferencial parcial (PDE) en un sistema de ecuaciones algebraicas utilizando el método de volúmenes finitos (FMM).El método SIMPLE de segundo orden (método semiimplícito para ecuaciones secuenciales dependientes de la presión) está relacionado con la velocidad-presión.Cabe enfatizar que la convergencia de los residuos para las ecuaciones de masa, momento y energía es menor que 103 y 106, respectivamente.
p Diagrama de dominios físicos y computacionales: (a) ángulo de hélice de 90°, (b) ángulo de hélice de 45°, (c) sin hoja helicoidal.
Se utiliza un modelo homogéneo para explicar las propiedades de los nanofluidos.Al incorporar nanomateriales al fluido base (DW), se forma un fluido continuo con excelentes propiedades térmicas.En este sentido, la temperatura y la velocidad del fluido base y del nanomaterial tienen el mismo valor.Debido a las teorías y suposiciones anteriores, en este estudio funciona un flujo monofásico eficiente.Varios estudios han demostrado la eficacia y aplicabilidad de técnicas monofásicas para flujo de nanofluidos31,32.
El flujo de nanofluidos debe ser turbulento newtoniano, incompresible y estacionario.El trabajo de compresión y el calentamiento viscoso son irrelevantes en este estudio.Además, no se tiene en cuenta el espesor de las paredes interior y exterior de la tubería.Por tanto, las ecuaciones de conservación de masa, momento y energía que definen el modelo térmico se pueden expresar de la siguiente manera:
donde \(\overrightarrow{V}\) es el vector de velocidad media, Keff = K + Kt es la conductividad térmica efectiva de nanofluidos covalentes y no covalentes, y ε es la tasa de disipación de energía.Las propiedades termofísicas efectivas de los nanofluidos, incluida la densidad (ρ), la viscosidad (μ), la capacidad calorífica específica (Cp) y la conductividad térmica (k), que se muestran en la tabla, se midieron durante un estudio experimental a una temperatura de 308 K1 cuando se usaron. en estos simuladores.
Se realizaron simulaciones numéricas de flujo turbulento de nanofluidos en tubos convencionales y TT con números de Reynolds 7000 ≤ Re ≤ 17000. Estas simulaciones y coeficientes de transferencia de calor por convección se analizaron utilizando el modelo de turbulencia κ-ω de transferencia de tensión de corte (SST) de Mentor promediado sobre la turbulencia de Reynolds. modelo Navier-Stokes, comúnmente utilizado en investigación aerodinámica.Además, el modelo funciona sin función de pared y tiene una precisión cerca de las paredes 35,36.(SST) Las ecuaciones que rigen κ-ω del modelo de turbulencia son las siguientes:
donde \(S\) es el valor de la tasa de deformación y \(y\) es la distancia a la superficie adyacente.Mientras tanto, \({\alpha}_{1}\), \({\alpha}_{2}\), \({\beta}_{1}\), \({\beta}_{ 2 }\), \({\beta}^{*}\), \({\sigma}_{{k}_{1}}\), \({\sigma}_{{k}_{ 2 }}\), \({\sigma}_{{\omega}_{1}}\) y \({\sigma}_{{\omega}_{2}}\) denotan todas las constantes del modelo.F1 y F2 son funciones mixtas.Nota: F1 = 1 en la capa límite, 0 en el flujo entrante.
Los parámetros de evaluación del rendimiento se utilizan para estudiar la transferencia de calor convectiva turbulenta, el flujo de nanofluidos covalentes y no covalentes, por ejemplo31:
En este contexto, (\(\rho\)), (\(v\)), (\({D}_{h}\)) y (\(\mu\)) se utilizan para la densidad, la velocidad del fluido , diámetro hidráulico y viscosidad dinámica.(\({C}_{p}\, \mathrm{u}\, k\)) – capacidad calorífica específica y conductividad térmica del fluido que fluye.Además, (\(\dot{m}\)) se refiere al flujo másico, y (\({T}_{out}-{T}_{in}\)) se refiere a la diferencia de temperatura de entrada y salida.(NF) se refiere a nanofluidos covalentes y no covalentes, y (DW) se refiere a agua destilada (fluido base).\({A}_{s} = \pi DL\), \({\overline{T}}_{f}=\frac{\left({T}_{out}-{T}_{in) }\right)}{2}\) y \({\overline{T}}_{w}=\sum \frac{{T}_{w}}{n}\).
Las propiedades termofísicas del fluido base (DW), nanofluido no covalente (GNF-SDBS@DW) y nanofluido covalente (GNF-COOH@DW) se tomaron de la literatura publicada (estudios experimentales), Sn = 308 K, como como se muestra en la Tabla 134. En un experimento típico para obtener un nanofluido no covalente (GNP-SDBS@DW) con porcentajes de masa conocidos, inicialmente se pesaron ciertos gramos de PNB primarios en una balanza digital.La relación en peso de SDBS/PNB nativo es (0,5:1) ponderada en DW.En este caso, se sintetizaron nanofluidos covalentes (COOH-GNP@DW) añadiendo grupos carboxilo a la superficie del GNP utilizando un medio fuertemente ácido con una proporción de volumen (1:3) de HNO3 y H2SO4.Se suspendieron nanofluidos covalentes y no covalentes en DW en tres porcentajes de peso diferentes, como 0,025% en peso y 0,05% en peso.y 0,1% de la masa.
Se llevaron a cabo pruebas de independencia de la malla en cuatro dominios computacionales diferentes para garantizar que el tamaño de la malla no afecte la simulación.En el caso de una tubería de torsión de 45°, el número de unidades con un tamaño de unidad de 1,75 mm es 249.033, el número de unidades con un tamaño de unidad de 2 mm es 307.969, el número de unidades con un tamaño de unidad de 2,25 mm es 421.406 y el número de unidades con tamaño de unidad de 2,5 mm 564 940 respectivamente.Además, en el ejemplo de una tubería torcida a 90°, el número de elementos con un tamaño de elemento de 1,75 mm es 245.531, el número de elementos con un tamaño de elemento de 2 mm es 311.584, el número de elementos con un tamaño de elemento de 2,25 mm es 422.708, y el número de elementos con un tamaño de elemento de 2,5 mm es respectivamente 573.826.La precisión de las lecturas de propiedades térmicas como (Tout, htc y Nuavg) aumenta a medida que disminuye la cantidad de elementos.Al mismo tiempo, la precisión de los valores del coeficiente de fricción y la caída de presión mostraron un comportamiento completamente diferente (Fig. 2).La cuadrícula (2) se utilizó como área de la cuadrícula principal para evaluar las características termohidráulicas en el caso simulado.
Prueba del rendimiento de la transferencia de calor y la caída de presión independientemente de la malla utilizando pares de tubos DW torcidos a 45° y 90°.
Los presentes resultados numéricos han sido validados para el rendimiento de transferencia de calor y el coeficiente de fricción utilizando correlaciones y ecuaciones empíricas bien conocidas, como las de Dittus-Belter, Petukhov, Gnelinsky, Notter-Rouse y Blasius.La comparación se realizó bajo la condición 7000≤Re≤17000.Según la fig.3, los errores promedio y máximo entre los resultados de la simulación y la ecuación de transferencia de calor son 4,050 y 5,490% (Dittus-Belter), 9,736 y 11,33% (Petukhov), 4,007 y 7,483% (Gnelinsky), y 3,883% y 4,937% ( Nott-Belter).Rosa).En este caso, los errores promedio y máximo entre los resultados de la simulación y la ecuación del coeficiente de fricción son 7,346% y 8,039% (Blasius) y 8,117% y 9,002% (Petukhov), respectivamente.
Transferencia de calor y propiedades hidrodinámicas de DW en varios números de Reynolds mediante cálculos numéricos y correlaciones empíricas.
Esta sección analiza las propiedades térmicas de los nanofluidos acuosos no covalentes (LNP-SDBS) y covalentes (LNP-COOH) en tres fracciones de masa diferentes y los números de Reynolds como promedios en relación con el fluido base (DW).Se analizan dos geometrías de intercambiadores de calor de correa enrollada (ángulo de hélice de 45° y 90°) para 7000 ≤ Re ≤ 17000. En la fig.4 muestra la temperatura promedio a la salida del nanofluido hacia el fluido base (DW) (\(\frac{{{T}_{out}}_{NFs}}{{{T}_{out}}_{ DW } } \) ) a (0,025 % en peso, 0,05 % en peso y 0,1 % en peso).(\(\frac{{{T}_{out}}_{NFs}}{{{T}_{out}}_{DW}}\)) es siempre menor que 1, lo que significa que la temperatura de salida Son nanofluidos no covalentes (VNP-SDBS) y covalentes (VNP-COOH) que se encuentran por debajo de la temperatura a la salida del líquido base.Las reducciones más baja y más alta fueron 0,1% en peso-COOH@GNPs y 0,1% en peso-SDBS@GNPs, respectivamente.Este fenómeno se debe a un aumento en el número de Reynolds a una fracción de masa constante, lo que conduce a un cambio en las propiedades del nanofluido (es decir, densidad y viscosidad dinámica).
Las Figuras 5 y 6 muestran las características promedio de transferencia de calor del nanofluido al fluido base (DW) al (0,025% en peso, 0,05% en peso y 0,1% en peso).Las propiedades promedio de transferencia de calor son siempre mayores que 1, lo que significa que las propiedades de transferencia de calor de los nanofluidos no covalentes (LNP-SDBS) y covalentes (LNP-COOH) mejoran en comparación con el fluido base.0,1% en peso-COOH@GNP y 0,1% en peso-SDBS@GNP lograron la ganancia más baja y más alta, respectivamente.Cuando el número de Reynolds aumenta debido a una mayor mezcla de fluidos y turbulencia en la tubería 1, mejora el rendimiento de la transferencia de calor.Los fluidos a través de espacios pequeños alcanzan velocidades más altas, lo que da como resultado una capa límite de velocidad/calor más delgada, lo que aumenta la tasa de transferencia de calor.Agregar más nanopartículas al fluido base puede tener resultados tanto positivos como negativos.Los efectos beneficiosos incluyen un aumento de las colisiones de nanopartículas, requisitos favorables de conductividad térmica de los fluidos y una mejor transferencia de calor.
Coeficiente de transferencia de calor del nanofluido al fluido base según el número de Reynolds para tubos de 45° y 90°.
Al mismo tiempo, un efecto negativo es un aumento en la viscosidad dinámica del nanofluido, lo que reduce la movilidad del nanofluido, reduciendo así el número de Nusselt promedio (Nuavg).El aumento de la conductividad térmica de los nanofluidos (ZNP-SDBS@DW) y (ZNP-COOH@DW) debería deberse al movimiento browniano y la microconvección de nanopartículas de grafeno suspendidas en DW37.La conductividad térmica del nanofluido (ZNP-COOH@DV) es mayor que la del nanofluido (ZNP-SDBS@DV) y la del agua destilada.Agregar más nanomateriales al fluido base aumenta su conductividad térmica (Tabla 1)38.
La Figura 7 ilustra el coeficiente promedio de fricción de nanofluidos con fluido base (DW) (f(NFs)/f(DW)) en porcentaje en masa (0,025%, 0,05% y 0,1%).El coeficiente de fricción promedio es siempre ≈1, lo que significa que los nanofluidos no covalentes (GNF-SDBS@DW) y covalentes (GNF-COOH@DW) tienen el mismo coeficiente de fricción que el fluido base.Un intercambiador de calor con menos espacio crea más obstrucción del flujo y aumenta la fricción del flujo1.Básicamente, el coeficiente de fricción aumenta ligeramente al aumentar la fracción de masa del nanofluido.Las mayores pérdidas por fricción son causadas por el aumento de la viscosidad dinámica del nanofluido y el aumento del esfuerzo cortante en la superficie con un mayor porcentaje de masa de nanografeno en el fluido base.La tabla (1) muestra que la viscosidad dinámica del nanofluido (ZNP-SDBS@DV) es mayor que la del nanofluido (ZNP-COOH@DV) en el mismo porcentaje en peso, lo que está asociado con la adición de efectos superficiales.agentes activos en un nanofluido no covalente.
En la fig.8 muestra el nanofluido en comparación con el fluido base (DW) (\(\frac{{\Delta P}_{NFs}}{{\Delta P}_{DW}}\)) en (0,025%, 0,05% y 0,1% ).El nanofluido no covalente (GNPs-SDBS@DW) mostró una mayor pérdida de presión promedio y con un aumento en el porcentaje de masa a 2,04% para 0,025% en peso, 2,46% para 0,05% en peso.y 3,44% para 0,1% en peso.con ampliación de caja (ángulo de hélice 45° y 90°).Mientras tanto, el nanofluido (GNPs-COOH@DW) mostró una menor pérdida de presión promedio, aumentando del 1,31% al 0,025% en peso.hasta 1,65% al 0,05% en peso.La pérdida de presión promedio de 0,05% en peso-COOH@NP y 0,1% en peso-COOH@NP es 1,65%.Como puede verse, la caída de presión aumenta al aumentar el número de Re en todos los casos.Una mayor caída de presión con valores altos de Re se indica por una dependencia directa del caudal volumétrico.Por lo tanto, un número Re más alto en el tubo conduce a una mayor caída de presión, lo que requiere un aumento en la potencia de la bomba39,40.Además, las pérdidas de presión son mayores debido a la mayor intensidad de los remolinos y turbulencias generadas por la mayor superficie, lo que aumenta la interacción de la presión y las fuerzas de inercia en la capa límite1.
En general, los criterios de evaluación del rendimiento (PEC) para nanofluidos no covalentes (VNP-SDBS@DW) y covalentes (VNP-COOH@DW) se muestran en las Figs.9. El nanofluido (ZNP-SDBS@DV) mostró valores de PEC más altos que (ZNP-COOH@DV) en ambos casos (ángulo de hélice 45° y 90°) y se mejoró aumentando la fracción de masa, por ejemplo, 0,025 % en peso.es 1,17, 0,05% en peso es 1,19 y 0,1% en peso es 1,26.Mientras tanto, los valores de PEC utilizando nanofluidos (GNPs-COOH@DW) fueron 1,02 para 0,025% en peso, 1,05 para 0,05% en peso, 1,05 para 0,1% en peso.en ambos casos (ángulo de hélice 45° y 90°).1.02.Como regla general, con un aumento en el número de Reynolds, la eficiencia termohidráulica disminuye significativamente.A medida que aumenta el número de Reynolds, la disminución del coeficiente de eficiencia termohidráulica se asocia sistemáticamente con un aumento de (NuNFs/NuDW) y una disminución de (fNFs/fDW).
Propiedades hidrotermales de nanofluidos con respecto a fluidos base dependiendo del número de Reynolds para tubos con ángulos de 45° y 90°.
Esta sección analiza las propiedades térmicas de los nanofluidos de agua (DW), no covalentes (VNP-SDBS@DW) y covalentes (VNP-COOH@DW) en tres concentraciones de masa y números de Reynolds diferentes.Se consideraron dos geometrías de intercambiadores de calor de correa enrollada en el rango 7000 ≤ Re ≤ 17000 con respecto a tuberías convencionales (ángulos de hélice de 45° y 90°) para evaluar el rendimiento termohidráulico promedio.En la fig.10 muestra la temperatura del agua y los nanofluidos en la salida como un promedio usando (ángulo de hélice 45° y 90°) para una tubería común (\(\frac{{{T}_{out}}_{Twisted}}{{ {T} _{out}}_{Regular}}\)).Los nanofluidos no covalentes (GNP-SDBS@DW) y covalentes (GNP-COOH@DW) tienen tres fracciones de peso diferentes, como 0,025% en peso, 0,05% en peso y 0,1% en peso.Como se muestra en la fig.11, el valor promedio de la temperatura de salida (\(\frac{{{T}_{out}}_{Twisted}}{{{T}_{out}}_{Plain}}\)) > 1, indicando que (ángulo de hélice de 45° y 90°) la temperatura a la salida del intercambiador de calor es más significativa que la de una tubería convencional, debido a la mayor intensidad de turbulencia y mejor mezcla del líquido.Además, la temperatura a la salida de DW, nanofluidos covalentes y no covalentes disminuyó al aumentar el número de Reynolds.El fluido base (DW) tiene la temperatura media de salida más alta.Mientras tanto, el valor más bajo se refiere a 0,1% en peso-SDBS@GNP.Los nanofluidos no covalentes (GNPs-SDBS@DW) mostraron una temperatura de salida promedio más baja en comparación con los nanofluidos covalentes (GNPs-COOH@DW).Dado que la cinta retorcida hace que el campo de flujo esté más mezclado, el flujo de calor cercano a la pared puede pasar más fácilmente a través del líquido, aumentando la temperatura general.Una relación más baja entre torsión y cinta da como resultado una mejor penetración y, por tanto, una mejor transferencia de calor.Por otro lado, se puede observar que la cinta enrollada mantiene una temperatura más baja contra la pared, lo que a su vez aumenta el Nuavg.Para inserciones de cinta retorcida, un valor Nuavg más alto indica una mejor transferencia de calor por convección dentro del tubo22.Debido al aumento de la trayectoria del flujo y a la mezcla y turbulencia adicionales, el tiempo de residencia aumenta, lo que resulta en un aumento de la temperatura del líquido en la salida41.
Números de Reynolds de varios nanofluidos en relación con la temperatura de salida de tubos convencionales (ángulos de hélice de 45° y 90°).
Coeficientes de transferencia de calor (ángulo de hélice de 45° y 90°) versus números de Reynolds para varios nanofluidos en comparación con los tubos convencionales.
El mecanismo principal de transferencia de calor mejorada con cinta enrollada es el siguiente: 1. La reducción del diámetro hidráulico del tubo de intercambio de calor conduce a un aumento en la velocidad del flujo y la curvatura, lo que a su vez aumenta la tensión cortante en la pared y promueve el movimiento secundario.2. Debido al bloqueo de la cinta de enrollado, la velocidad en la pared de la tubería aumenta y el espesor de la capa límite disminuye.3. El flujo en espiral detrás de la correa retorcida provoca un aumento de la velocidad.4. Los vórtices inducidos mejoran la mezcla de fluidos entre las regiones central y cercana a la pared del flujo42.En la fig.11 y fig.12 muestra las propiedades de transferencia de calor de DW y nanofluidos, por ejemplo (coeficiente de transferencia de calor y número de Nusselt promedio) como promedios usando tubos de inserción de cinta retorcida en comparación con tubos convencionales.Los nanofluidos no covalentes (GNP-SDBS@DW) y covalentes (GNP-COOH@DW) tienen tres fracciones de peso diferentes, como 0,025% en peso, 0,05% en peso y 0,1% en peso.En ambos intercambiadores de calor (ángulo de hélice de 45° y 90°), el rendimiento promedio de transferencia de calor es >1, lo que indica una mejora en el coeficiente de transferencia de calor y el número de Nusselt promedio con tubos enrollados en comparación con los tubos convencionales.Los nanofluidos no covalentes (GNPs-SDBS@DW) mostraron una mayor mejora promedio en la transferencia de calor que los nanofluidos covalentes (GNPs-COOH@DW).En Re = 900, la mejora del 0,1 % en peso en el rendimiento de la transferencia de calor -SDBS@GNP para los dos intercambiadores de calor (ángulo de hélice de 45° y 90°) fue la más alta con un valor de 1,90.Esto significa que el efecto TP uniforme es más importante a velocidades de fluido más bajas (número de Reynolds)43 y con una intensidad de turbulencia creciente.Debido a la introducción de múltiples vórtices, el coeficiente de transferencia de calor y el número promedio de Nusselt de los tubos TT son mayores que los de los tubos convencionales, lo que da como resultado una capa límite más delgada.¿La presencia de HP aumenta la intensidad de la turbulencia, la mezcla de los flujos de fluidos de trabajo y una mayor transferencia de calor en comparación con las tuberías base (sin insertar una cinta retorcida)21?
Número de Nusselt promedio (ángulo de hélice de 45° y 90°) versus número de Reynolds para varios nanofluidos en comparación con los tubos convencionales.
Las figuras 13 y 14 muestran el coeficiente promedio de fricción (\(\frac{{f}_{Twisted}}{{f}_{Plain}}\)) y la pérdida de presión (\(\frac{{\Delta P} _ {Twisted}}{{\Delta P}_{Plain}}\}} aproximadamente 45° y 90° para tuberías convencionales que utilizan nanofluidos DW, (GNPs-SDBS@DW) y (GNPs-COOH@DW) el intercambiador de iones contiene ( 0,025 % en peso, 0,05 % en peso y 0,1 % en peso %). { {f}_{Plain} }\)) y pérdida de presión (\(\frac{{ \Delta P}_{Twisted}}{{\Delta P }_{Plain}}\}) disminución. En los casos, el coeficiente de fricción y la pérdida de presión son mayores a números de Reynolds más bajos. El coeficiente de fricción y la pérdida de presión promedio están entre 3.78 y 3.12 El coeficiente de fricción y la pérdida de presión promedio muestran que (hélice de 45° ángulo y 90°) el intercambiador de calor cuesta tres veces más que las tuberías convencionales. Además, cuando el fluido de trabajo fluye a mayor velocidad, el coeficiente de fricción disminuye. El problema surge porque a medida que aumenta el número de Reynolds, el espesor de la capa límite disminuye, lo que conduce a una disminución del efecto de la viscosidad dinámica sobre la zona afectada, una disminución de los gradientes de velocidad y de los esfuerzos cortantes y, en consecuencia, una disminución del coeficiente de fricción21.El efecto de bloqueo mejorado debido a la presencia de TT y al aumento de la turbulencia da como resultado pérdidas de presión significativamente mayores en los tubos de TT heterogéneos que en los tubos de base.Además, tanto para el tubo base como para el tubo TT, se puede observar que la caída de presión aumenta con la velocidad del fluido de trabajo43.
Coeficiente de fricción (ángulo de hélice de 45° y 90°) versus número de Reynolds para varios nanofluidos en comparación con los tubos convencionales.
Pérdida de presión (ángulo de hélice de 45° y 90°) en función del número de Reynolds para varios nanofluidos en relación con un tubo convencional.
En resumen, la Figura 15 muestra los criterios de evaluación del desempeño (PEC) para intercambiadores de calor con ángulos de 45° y 90° en comparación con tubos simples (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}} \ ) ) en (0,025 % en peso, 0,05 % en peso y 0,1 % en peso) utilizando nanofluidos DV, (VNP-SDBS@DV) y covalentes (VNP-COOH@DV).El valor (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) > 1 en ambos casos (ángulo de hélice de 45° y 90°) en el intercambiador de calor.Además, (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) alcanza su mejor valor en Re = 11.000.El intercambiador de calor de 90° muestra un ligero aumento en (\ (\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) en comparación con un intercambiador de calor de 45°., At Re = 11 000 0,1 % en peso-GNPs@SDBS representa valores más altos (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)), por ejemplo, 1,25 para una esquina del intercambiador de calor de 45° y 1,27 para intercambiador de calor de esquina de 90°.Es mayor que uno en todos los porcentajes de fracción de masa, lo que indica que las tuberías con inserciones de cinta retorcidas son superiores a las tuberías convencionales.En particular, la transferencia de calor mejorada proporcionada por los insertos de cinta resultó en un aumento significativo de las pérdidas por fricción22.
Criterios de eficiencia para el número de Reynolds de varios nanofluidos en relación con tubos convencionales (ángulo de hélice de 45° y 90°).
El Apéndice A muestra líneas de corriente para intercambiadores de calor de 45° y 90° a Re = 7000 usando DW, 0,1% en peso-GNP-SDBS@DW y 0,1% en peso-GNP-COOH@DW.Las líneas de corriente en el plano transversal son la característica más llamativa del efecto de las inserciones de cintas retorcidas en el flujo principal.El uso de intercambiadores de calor de 45° y 90° muestra que la velocidad en la región cercana a la pared es aproximadamente la misma.Mientras tanto, el Apéndice B muestra los contornos de velocidad para intercambiadores de calor de 45° y 90° en Re = 7000 usando DW, 0,1% en peso-GNP-SDBS@DW y 0,1% en peso-GNP-COOH@DW.Los bucles de velocidad están en tres ubicaciones diferentes (rebanadas), por ejemplo, Normal-1 (P1 = −30 mm), Normal-4 (P4 = 60 mm) y Normal-7 (P7 = 150 mm).La velocidad del flujo cerca de la pared de la tubería es más baja y la velocidad del fluido aumenta hacia el centro de la tubería.Además, al pasar por el conducto de aire, aumenta el área de bajas velocidades cerca de la pared.Esto se debe al crecimiento de la capa límite hidrodinámica, que aumenta el espesor de la región de baja velocidad cerca de la pared.Además, aumentar el número de Reynolds aumenta el nivel de velocidad general en todas las secciones transversales, reduciendo así el espesor de la región de baja velocidad en el canal39.
Se evaluaron nanohojas de grafeno funcionalizadas covalente y no covalentemente en inserciones de cinta retorcidas con ángulos de hélice de 45° y 90°.El intercambiador de calor se resuelve numéricamente utilizando el modelo de turbulencia SST k-omega a 7000 ≤ Re ≤ 17000. Las propiedades termofísicas se calculan en Tin = 308 K. Simultáneamente calienta la pared del tubo retorcido a una temperatura constante de 330 K. COOH@DV) se diluyó en tres cantidades en masa, por ejemplo (0,025% en peso, 0,05% en peso y 0,1% en peso).El estudio actual consideró seis factores principales: temperatura de salida, coeficiente de transferencia de calor, número de Nusselt promedio, coeficiente de fricción, pérdida de presión y criterios de evaluación del desempeño.Aquí están los principales hallazgos:
La temperatura media de salida (\({{T}_{out}}_{Nanofluids}\)/\({{T}_{out}}_{Basefluid}\)) es siempre inferior a 1, lo que significa que no propagado La temperatura de salida de los nanofluidos de valencia (ZNP-SDBS@DV) y covalentes (ZNP-COOH@DV) es inferior a la del líquido base.Mientras tanto, la temperatura promedio de salida (\({{T}_{out}}_{Twisted}\)/\({{T}_{out}}_{Plain}\)) valor > 1, indicando al hecho de que (ángulo de hélice de 45° y 90°) la temperatura de salida es más alta que con los tubos convencionales.
En ambos casos, los valores medios de las propiedades de transferencia de calor (nanofluido/fluido base) y (tubo retorcido/tubo normal) siempre muestran >1.Los nanofluidos no covalentes (GNPs-SDBS@DW) mostraron un mayor aumento promedio en la transferencia de calor, correspondiente a los nanofluidos covalentes (GNPs-COOH@DW).
El coeficiente de fricción promedio (\({f}_{Nanofluids}/{f}_{Basefluid}\)) de nanofluidos no covalentes (VNP-SDBS@DW) y covalentes (VNP-COOH@DW) es siempre ≈1 .fricción de nanofluidos no covalentes (ZNP-SDBS@DV) y covalentes (ZNP-COOH@DV) (\({f}_{Twisted}/{f}_{Plain}\)) para siempre > 3.
En ambos casos (ángulo de hélice de 45° y 90°), los nanofluidos (GNPs-SDBS@DW) mostraron mayor (\({\Delta P}_{Nanofluids}/{\Delta P}_{Basefluid}\)) 0,025 % en peso para 2,04 %, 0,05 % en peso para 2,46 % y 0,1 % en peso para 3,44 %.Mientras tanto, los nanofluidos (GNPs-COOH@DW) mostraron menores (\({\Delta P}_{Nanofluids}/{\Delta P}_{Basefluid}\)) de 1,31% para 0,025% en peso a 1,65% es 0,05 % por peso.Además, la pérdida de presión promedio (\({\Delta P}_{Twisted}/{\Delta P}_{Plain}\) de no covalentes (GNPs-SDBS@DW) y covalentes (GNPs-COOH@DW ))) nanofluidos siempre >3.
En ambos casos (ángulos de hélice de 45° y 90°), los nanofluidos (GNPs-SDBS@DW) mostraron un mayor valor (\({PEC}_{Nanofluids}/{PEC} _{Basefluid}\)) @DW) , por ejemplo, 0,025 % en peso – 1,17, 0,05 % en peso – 1,19, 0,1 % en peso – 1,26.En este caso, los valores de (\({PEC}_{Nanofluids}/{PEC}_{Basefluid}\)) usando nanofluidos (GNPs-COOH@DW) son 1,02 para 0,025% en peso, 1,05 para 0 , 05 peso.% y 1,02 es 0,1% en peso.Además, en Re = 11 000, 0,1% en peso-GNPs@SDBS mostró valores más altos (\({PEC}_{Twisted}/{PEC}_{Plain}\)), como 1,25 para un ángulo de hélice de 45°. y ángulo de hélice de 90° 1,27.
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Hora de publicación: 17-mar-2023