Komponen kimia tabung melingkar baja tahan karat 304, Analisis termodinamika lembaran nano graphene yang difungsikan secara kovalen dan non-kovalen dalam tabung bundar yang dilengkapi dengan turbulator

Terima kasih telah mengunjungi Nature.com.Anda menggunakan versi browser dengan dukungan CSS terbatas.Untuk pengalaman terbaik, kami menyarankan Anda menggunakan browser yang diperbarui (atau menonaktifkan Mode Kompatibilitas di Internet Explorer).Selain itu, untuk memastikan dukungan berkelanjutan, kami menampilkan situs tanpa gaya dan JavaScript.
Slider menampilkan tiga artikel per slide.Gunakan tombol kembali dan berikutnya untuk menelusuri slide, atau tombol pengontrol slide di akhir untuk menelusuri setiap slide.

304 tabung melingkar baja tahan karat 10*1mm di Cina

Ukuran: 3/4 inci, 1/2 inci, 1 inci, 3 inci, 2 inci

Panjang Pipa Satuan : 6 meter

Kelas Baja: 201, 304 DAN 316

Kelas: 201, 202, 304, 316, 304L, 316 L,

Bahan: BAJA STAINLESS

Kondisi: Baru

Nanofluida kovalen dan non-kovalen diuji dalam tabung bundar yang dilengkapi dengan sisipan pita bengkok dengan sudut heliks 45° dan 90°.Bilangan Reynolds adalah 7000 ≤ Re ≤ 17000, sifat termofisika dievaluasi pada 308 K. Model fisik diselesaikan secara numerik menggunakan model viskositas turbulen dua parameter (turbulensi k-omega SST).Konsentrasi (0,025% berat, 0,05% berat, dan 0,1% berat) dari nanofluida ZNP-SDBS@DV dan ZNP-COOH@DV dipertimbangkan dalam penelitian ini.Dinding tabung bengkok dipanaskan pada suhu konstan 330 K. Enam parameter dipertimbangkan dalam penelitian ini: suhu keluar, koefisien perpindahan panas, bilangan Nusselt rata-rata, koefisien gesekan, kehilangan tekanan, dan kriteria evaluasi kinerja.Dalam kedua kasus (sudut heliks 45° dan 90°), nanofluida menunjukkan karakteristik termal-hidraulik yang lebih tinggi dibandingkan ZNP-COOH@DV, dan meningkat dengan meningkatnya fraksi massa, misalnya, 0,025 berat., dan 0,05 berat.adalah 1,19.% dan 1,26 – 0,1% berat.Dalam kedua kasus (sudut heliks 45° dan 90°), nilai karakteristik termodinamika saat menggunakan GNP-COOH@DW adalah 1,02 untuk 0,025% berat, 1,05 untuk 0,05% berat.dan 1,02 untuk 0,1% berat.
Penukar panas adalah perangkat termodinamika 1 yang digunakan untuk mentransfer panas selama operasi pendinginan dan pemanasan.Sifat termal-hidraulik penukar panas meningkatkan koefisien perpindahan panas dan mengurangi hambatan fluida kerja.Beberapa metode telah dikembangkan untuk meningkatkan perpindahan panas, termasuk peningkat turbulensi2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 dan nanofluida12,13,14,15.Penyisipan pita bengkok adalah salah satu metode paling sukses untuk meningkatkan perpindahan panas pada penukar panas karena kemudahan perawatannya dan biaya rendah7,16.
Dalam serangkaian studi eksperimental dan komputasi, sifat hidrotermal dari campuran nanofluida dan penukar panas dengan sisipan pita bengkok dipelajari.Dalam sebuah karya eksperimental, sifat hidrotermal dari tiga nanofluida logam yang berbeda (Ag@DW, Fe@DW dan Cu@DW) dipelajari dalam penukar panas needle twisted tape (STT)17.Dibandingkan dengan pipa dasar, koefisien perpindahan panas STT meningkat sebesar 11% dan 67%.Tata letak SST merupakan yang terbaik dari segi ekonomi ditinjau dari efisiensi dengan parameter α = β = 0,33.Selain itu, peningkatan n sebesar 18,2% diamati dengan Ag@DW, meskipun peningkatan kehilangan tekanan maksimum hanya 8,5%.Proses fisik perpindahan panas dan kehilangan tekanan pada pipa konsentris dengan dan tanpa turbulator melingkar dipelajari menggunakan aliran turbulen nanofluida Al2O3@DW dengan konveksi paksa.Angka Nusselt rata-rata maksimum (Nuavg) dan kehilangan tekanan diamati pada Re = 20.000 ketika jarak kumparan = 25 mm dan nanofluida Al2O3@DW 1,6 vol.%.Studi laboratorium juga telah dilakukan untuk mempelajari karakteristik perpindahan panas dan kehilangan tekanan nanofluida graphene oksida (GO@DW) yang mengalir melalui tabung hampir melingkar dengan sisipan WC.Hasil penelitian menunjukkan bahwa 0,12 vol%-GO@DW meningkatkan koefisien perpindahan panas konvektif sekitar 77%.Dalam studi eksperimental lain, nanofluida (TiO2@DW) dikembangkan untuk mempelajari karakteristik termal-hidrolik dari tabung berlesung pipit yang dilengkapi dengan sisipan pita bengkok20.Efisiensi hidrotermal maksimum sebesar 1,258 dicapai dengan menggunakan 0,15 vol%-TiO2@DW yang tertanam pada poros miring 45° dengan faktor puntir 3,0.Model simulasi satu fase dan dua fase (hibrida) memperhitungkan aliran dan perpindahan panas nanofluida pada berbagai konsentrasi padatan (1–4% vol.%)21.Efisiensi termal maksimum dari sebuah tabung yang dimasukkan dengan satu pita yang dipilin adalah 2,18, dan sebuah tabung yang dimasukkan dengan dua pita yang dipilin pada kondisi yang sama adalah 2,04 (model dua fase, Re = 36.000 dan 4 vol.%).Aliran nanofluida turbulen non-Newtonian dari karboksimetil selulosa (CMC) dan tembaga oksida (CuO) pada pipa utama dan pipa dengan sisipan bengkok telah dipelajari.Nuavg menunjukkan peningkatan sebesar 16,1% (untuk pipa utama) dan 60% (untuk pipa melingkar dengan rasio (H/D = 5)).Umumnya, rasio lilitan terhadap pita yang lebih rendah menghasilkan koefisien gesekan yang lebih tinggi.Dalam studi eksperimental, pengaruh pipa dengan twisted tape (TT) dan kumparan (VC) terhadap sifat perpindahan panas dan koefisien gesekan dipelajari menggunakan nanofluida CuO@DW.Menggunakan 0,3 jilid.%-CuO@DW pada Re = 20.000 memungkinkan peningkatan perpindahan panas pada pipa VK-2 hingga nilai maksimum sebesar 44,45%.Selain itu, ketika menggunakan kabel twisted pair dan sisipan kumparan pada kondisi batas yang sama, koefisien gesekan meningkat sebesar 1,17 dan 1,19 kali dibandingkan dengan DW.Secara umum, efisiensi termal nanofluida yang dimasukkan ke dalam kumparan lebih baik dibandingkan dengan nanofluida yang dimasukkan ke dalam kabel terdampar.Karakteristik volumetrik aliran nanofluida turbulen dipelajari di dalam tabung horizontal yang dimasukkan ke dalam kawat spiral.Parameter kinerja termal > 1 untuk semua kasus, menunjukkan bahwa kombinasi nanofluida dengan sisipan koil meningkatkan perpindahan panas tanpa menghabiskan daya pompa.Abstrak—Karakteristik hidrotermal dari penukar panas dua pipa dengan berbagai sisipan yang terbuat dari pita berbentuk V yang dimodifikasi (VcTT) telah dipelajari dalam kondisi aliran turbulen nanofluida Al2O3 + TiO2@DW.Dibandingkan dengan DW pada tabung dasar, Nuavg mengalami peningkatan yang signifikan sebesar 132% dan koefisien gesekan hingga 55%.Selain itu, efisiensi energi nanokomposit Al2O3+TiO2@DW dalam penukar panas dua pipa26 juga dibahas.Dalam studinya, mereka menemukan bahwa penggunaan Al2O3 + TiO2@DW dan TT meningkatkan efisiensi eksergi dibandingkan dengan DW.Dalam penukar panas tubular konsentris dengan turbulator VcTT, Singh dan Sarkar27 menggunakan bahan pengubah fasa (PCM), nanofluida tunggal/nanokomposit terdispersi (Al2O3@DW dengan PCM dan Al2O3 + PCM).Mereka melaporkan bahwa perpindahan panas dan kehilangan tekanan meningkat seiring dengan penurunan koefisien puntiran dan peningkatan konsentrasi nanopartikel.Faktor kedalaman takik V yang lebih besar atau faktor lebar yang lebih kecil dapat menghasilkan perpindahan panas dan kehilangan tekanan yang lebih besar.Selain itu, graphene-platinum (Gr-Pt) telah digunakan untuk menyelidiki panas, gesekan, dan laju pembangkitan entropi keseluruhan dalam tabung dengan sisipan 2-TT28.Studi mereka menunjukkan bahwa persentase yang lebih kecil (Gr-Pt) secara signifikan mengurangi pembentukan entropi panas dibandingkan dengan pengembangan entropi gesekan yang relatif lebih tinggi.Campuran nanofluida Al2O3@MgO dan WC berbentuk kerucut dapat dianggap sebagai campuran yang baik, karena peningkatan rasio (h/Δp) dapat meningkatkan kinerja hidrotermal dari penukar panas dua tabung 29 .Model numerik digunakan untuk mengevaluasi kinerja hemat energi dan lingkungan dari penukar panas dengan berbagai nanofluida hibrida tiga bagian (THNF) (Al2O3 + graphene + MWCNT) yang tersuspensi dalam DW30.Karena Kriteria Evaluasi Kinerja (PEC) yang berada pada kisaran 1,42–2,35, maka diperlukan kombinasi Depressed Twisted Turbulizer Insert (DTTI) dan (Al2O3 + Graphene + MWCNT).
Hingga saat ini, hanya sedikit perhatian yang diberikan pada peran fungsionalisasi kovalen dan non-kovalen dalam aliran hidrodinamik pada fluida termal.Tujuan khusus dari penelitian ini adalah untuk membandingkan karakteristik termal-hidraulik nanofluida (ZNP-SDBS@DV) dan (ZNP-COOH@DV) pada sisipan pita bengkok dengan sudut heliks 45° dan 90°.Sifat termofisika diukur pada Timah = 308 K. Dalam hal ini, tiga fraksi massa diperhitungkan dalam proses perbandingan, seperti (0,025% berat, 0,05% berat, dan 0,1% berat).Transfer tegangan geser pada model aliran turbulen 3D (SST k-ω) digunakan untuk menyelesaikan karakteristik termal-hidrolik.Dengan demikian, penelitian ini memberikan kontribusi yang signifikan terhadap studi sifat positif (perpindahan panas) dan sifat negatif (penurunan tekanan pada gesekan), menunjukkan karakteristik termal-hidraulik dan optimalisasi fluida kerja nyata dalam sistem rekayasa tersebut.
Konfigurasi dasarnya adalah pipa halus (L = 900 mm dan Dh = 20 mm).Dimensi pita bengkok yang dimasukkan (panjang = 20 mm, tebal = 0,5 mm, profil = 30 mm).Dalam hal ini, panjang, lebar, dan guratan profil spiral masing-masing adalah 20 mm, 0,5 mm, dan 30 mm.Kaset yang dipilin dimiringkan pada 45° dan 90°.Berbagai fluida kerja seperti DW, nanofluida non-kovalen (GNF-SDBS@DW) dan nanofluida kovalen (GNF-COOH@DW) pada Timah = 308 K, tiga konsentrasi massa berbeda dan bilangan Reynolds berbeda.Pengujian dilakukan di dalam penukar panas.Dinding luar tabung spiral dipanaskan pada suhu permukaan konstan 330 K untuk menguji parameter peningkatan perpindahan panas.
Pada gambar.Gambar 1 secara skematis menunjukkan tabung penyisipan pita bengkok dengan kondisi batas yang berlaku dan area penyatuan.Seperti disebutkan sebelumnya, kondisi batas kecepatan dan tekanan berlaku pada bagian masuk dan keluar heliks.Pada suhu permukaan yang konstan, kondisi anti-selip diterapkan pada dinding pipa.Simulasi numerik saat ini menggunakan solusi berbasis tekanan.Pada saat yang sama, sebuah program (ANSYS FLUENT 2020R1) digunakan untuk mengubah persamaan diferensial parsial (PDE) menjadi sistem persamaan aljabar menggunakan metode volume terbatas (FMM).Metode SEDERHANA orde kedua (metode semi-implisit untuk persamaan yang bergantung pada tekanan sekuensial) berhubungan dengan kecepatan-tekanan.Perlu ditekankan bahwa konvergensi residu persamaan massa, momentum, dan energi masing-masing kurang dari 103 dan 106.
p Diagram domain fisik dan komputasi: (a) sudut heliks 90°, (b) sudut heliks 45°, (c) tidak ada bilah heliks.
Model homogen digunakan untuk menjelaskan sifat-sifat nanofluida.Dengan memasukkan bahan nano ke dalam fluida dasar (DW), terbentuklah fluida kontinu dengan sifat termal yang sangat baik.Dalam hal ini, suhu dan kecepatan fluida dasar dan material nano memiliki nilai yang sama.Karena teori dan asumsi di atas, aliran satu fasa yang efisien berhasil dalam penelitian ini.Beberapa penelitian telah menunjukkan efektivitas dan penerapan teknik fase tunggal untuk aliran nanofluida31,32.
Aliran nanofluida harus bergolak Newton, tidak dapat dimampatkan, dan diam.Kerja kompresi dan pemanasan viskos tidak relevan dalam penelitian ini.Selain itu, ketebalan dinding bagian dalam dan luar pipa tidak diperhitungkan.Oleh karena itu, persamaan kekekalan massa, momentum, dan energi yang mendefinisikan model termal dapat dinyatakan sebagai berikut:
dimana \(\overrightarrow{V}\) adalah vektor kecepatan rata-rata, Keff = K + Kt adalah konduktivitas termal efektif nanofluida kovalen dan nonkovalen, dan ε adalah laju disipasi energi.Sifat termofisika efektif nanofluida, termasuk densitas (ρ), viskositas (μ), kapasitas panas spesifik (Cp) dan konduktivitas termal (k), ditunjukkan pada tabel, diukur selama studi eksperimental pada suhu 308 K1 saat digunakan dalam simulator ini.
Simulasi numerik aliran nanofluida turbulen dalam tabung konvensional dan TT dilakukan pada bilangan Reynolds 7000 ≤ Re ≤ 17000. Simulasi dan koefisien perpindahan panas konvektif ini dianalisis menggunakan model turbulensi κ-ω Mentor dari perpindahan tegangan geser (SST) yang dirata-ratakan pada turbulensi Reynolds model Navier-Stokes, biasa digunakan dalam penelitian aerodinamis.Selain itu, model ini bekerja tanpa fungsi dinding dan akurat di dekat dinding 35,36.(SST) κ-ω persamaan yang mengatur model turbulensi adalah sebagai berikut:
dimana \(S\) adalah nilai laju regangan, dan \(y\) adalah jarak ke permukaan yang berdekatan.Sementara itu, \({\alpha}_{1}\), \({\alpha}_{2}\), \({\beta}_{1}\), \({\beta}_{ 2 }\), \({\beta}^{*}\), \({\sigma}_{{k}_{1}}\), \({\sigma}_{{k}_{ 2 }}\), \({\sigma}_{{\omega}_{1}}\) dan \({\sigma}_{{\omega}_{2}}\) menunjukkan semua konstanta model.F1 dan F2 adalah fungsi campuran.Catatan: F1 = 1 pada lapisan batas, 0 pada aliran datang.
Parameter evaluasi kinerja digunakan untuk mempelajari perpindahan panas konveksi turbulen, aliran nanofluida kovalen dan non-kovalen, misalnya31:
Dalam konteks ini, (\(\rho\)), (\(v\)), (\({D}_{h}\)) dan (\(\mu\)) digunakan untuk massa jenis, kecepatan fluida , diameter hidrolik dan viskositas dinamis.(\({C}_{p}\, \mathrm{u}\, k\)) – kapasitas panas spesifik dan konduktivitas termal fluida yang mengalir.Juga, (\(\dot{m}\)) mengacu pada aliran massa, dan (\({T}_{out}-{T}_{in}\)) mengacu pada perbedaan suhu masuk dan keluar.(NFs) mengacu pada nanofluida kovalen dan non-kovalen, dan (DW) mengacu pada air suling (fluida dasar).\({A}_{s} = \pi DL\), \({\overline{T}}_{f}=\frac{\left({T}_{keluar}-{T}_{masuk }\kanan)}{2}\) dan \({\overline{T}}_{w}=\jumlah \frac{{T}_{w}}{n}\).
Sifat termofisika fluida dasar (DW), nanofluida non-kovalen (GNF-SDBS@DW), dan nanofluida kovalen (GNF-COOH@DW) diambil dari literatur yang diterbitkan (studi eksperimental), Sn = 308 K, sebagai ditunjukkan pada Tabel 134. Dalam percobaan untuk mendapatkan nanofluida non-kovalen (GNP-SDBS@DW) dengan persentase massa yang diketahui, gram GNP primer tertentu pada awalnya ditimbang pada timbangan digital.Rasio bobot SDBS/GNP asli adalah (0,5:1) tertimbang dalam DW.Dalam hal ini, nanofluida kovalen (COOH-GNP@DW) disintesis dengan menambahkan gugus karboksil pada permukaan GNP menggunakan media asam kuat dengan perbandingan volume (1:3) HNO3 dan H2SO4.Nanofluida kovalen dan non-kovalen disuspensikan dalam DW pada tiga persentase berat yang berbeda seperti 0,025% berat, 0,05% berat.dan 0,1% massa.
Tes independensi mesh dilakukan dalam empat domain komputasi yang berbeda untuk memastikan bahwa ukuran mesh tidak mempengaruhi simulasi.Untuk pipa puntir 45° jumlah unit dengan ukuran satuan 1,75 mm sebanyak 249.033 unit, jumlah unit dengan ukuran satuan 2 mm sebanyak 307.969 unit, jumlah unit dengan ukuran satuan 2.25 mm sebanyak 421.406 unit, dan jumlah unit dengan ukuran satuan masing-masing 2 ,5 mm 564.940.Selain itu, pada contoh pipa pilin 90°, jumlah elemen dengan ukuran elemen 1,75 mm sebanyak 245.531, jumlah elemen dengan ukuran elemen 2 mm sebanyak 311.584, jumlah elemen dengan ukuran elemen 2.25 mm adalah 422.708, dan jumlah elemen dengan ukuran elemen 2,5 mm masing-masing sebanyak 573.826.Keakuratan pembacaan properti termal seperti (Tout, htc, dan Nuavg) meningkat seiring dengan berkurangnya jumlah elemen.Pada saat yang sama, keakuratan nilai koefisien gesekan dan penurunan tekanan menunjukkan perilaku yang sama sekali berbeda (Gbr. 2).Grid (2) digunakan sebagai area grid utama untuk mengevaluasi karakteristik termal-hidrolik dalam kasus simulasi.
Menguji kinerja perpindahan panas dan penurunan tekanan secara independen dari mesh menggunakan sepasang tabung DW yang diputar pada 45° dan 90°.
Hasil numerik ini telah divalidasi untuk kinerja perpindahan panas dan koefisien gesekan menggunakan korelasi dan persamaan empiris yang terkenal seperti Dittus-Belter, Petukhov, Gnelinsky, Notter-Rouse dan Blasius.Perbandingan dilakukan pada kondisi 7000≤Re≤17000.Menurut gambar.3, kesalahan rata-rata dan maksimum antara hasil simulasi dan persamaan perpindahan panas adalah 4,050 dan 5,490% (Dittus-Belter), 9,736 dan 11,33% (Petukhov), 4,007 dan 7,483% (Gnelinsky), dan 3,883% dan 4,937% ( Nott-Belter).Mawar).Dalam hal ini, kesalahan rata-rata dan maksimum antara hasil simulasi dan persamaan koefisien gesekan masing-masing adalah 7,346% dan 8,039% (Blasius) dan 8,117% dan 9,002% (Petukhov).
Perpindahan panas dan sifat hidrodinamik DW pada berbagai bilangan Reynolds menggunakan perhitungan numerik dan korelasi empiris.
Bagian ini membahas sifat termal nanofluida berair non-kovalen (LNP-SDBS) dan kovalen (LNP-COOH) pada tiga fraksi massa berbeda dan bilangan Reynolds sebagai rata-rata relatif terhadap fluida dasar (DW).Dua geometri penukar panas sabuk melingkar (sudut heliks 45° dan 90°) dibahas untuk 7000 ≤ Re ≤ 17000. Pada gambar.Gambar 4 menunjukkan suhu rata-rata saat keluarnya nanofluida ke dalam fluida dasar (DW) (\(\frac{{{T}_{out}}_{NFs}}{{{T}_{out}}_{ DW } } \) ) pada (0,025% berat, 0,05% berat, dan 0,1% berat).(\(\frac{{{T}_{out}}_{NFs}}{{{T}_{out}}_{DW}}\)) selalu kurang dari 1, yang berarti suhu outlet adalah nanofluida non-kovalen (VNP-SDBS) dan kovalen (VNP-COOH) berada di bawah suhu di saluran keluar cairan basa.Pengurangan terendah dan tertinggi masing-masing adalah 0,1% berat-COOH@GNPs dan 0,1% berat-SDBS@GNPs.Fenomena ini disebabkan oleh peningkatan bilangan Reynolds pada fraksi massa konstan, yang menyebabkan perubahan sifat nanofluida (yaitu densitas dan viskositas dinamis).
Gambar 5 dan 6 menunjukkan rata-rata karakteristik perpindahan panas nanofluida ke fluida dasar (DW) pada (0,025% berat, 0,05% berat, dan 0,1% berat).Sifat perpindahan panas rata-rata selalu lebih besar dari 1, yang berarti sifat perpindahan panas nanofluida non-kovalen (LNP-SDBS) dan kovalen (LNP-COOH) lebih baik dibandingkan dengan fluida dasar.0,1 wt%-COOH@GNPs dan 0,1 wt%-SDBS@GNPs masing-masing mencapai perolehan terendah dan tertinggi.Ketika bilangan Reynolds meningkat karena pencampuran fluida yang lebih besar dan turbulensi pada pipa 1, kinerja perpindahan panas meningkat.Fluida yang melewati celah kecil mencapai kecepatan yang lebih tinggi, menghasilkan kecepatan/lapisan batas panas yang lebih tipis, sehingga meningkatkan laju perpindahan panas.Menambahkan lebih banyak nanopartikel ke cairan dasar dapat memberikan hasil positif dan negatif.Efek yang menguntungkan termasuk peningkatan tumbukan nanopartikel, persyaratan konduktivitas termal fluida yang menguntungkan, dan peningkatan perpindahan panas.
Koefisien perpindahan panas nanofluida ke fluida dasar tergantung pada bilangan Reynolds untuk tabung 45° dan 90°.
Pada saat yang sama, efek negatifnya adalah peningkatan viskositas dinamis nanofluida, yang mengurangi mobilitas nanofluida, sehingga mengurangi angka Nusselt rata-rata (Nuavg).Peningkatan konduktivitas termal nanofluida (ZNP-SDBS@DW) dan (ZNP-COOH@DW) seharusnya disebabkan oleh gerakan Brown dan mikrokonveksi nanopartikel graphene yang tersuspensi dalam DW37.Konduktivitas termal nanofluida (ZNP-COOH@DV) lebih tinggi dibandingkan nanofluida (ZNP-SDBS@DV) dan air suling.Menambahkan lebih banyak bahan nano ke cairan dasar akan meningkatkan konduktivitas termalnya (Tabel 1)38.
Gambar 7 menggambarkan rata-rata koefisien gesekan nanofluida dengan fluida dasar (DW) (f(NFs)/f(DW)) dalam persen massa (0,025%, 0,05% dan 0,1%).Koefisien gesekan rata-rata selalu ≈1, yang berarti nanofluida non-kovalen (GNF-SDBS@DW) dan kovalen (GNF-COOH@DW) memiliki koefisien gesekan yang sama dengan fluida dasar.Penukar panas dengan ruang yang lebih sedikit menciptakan lebih banyak hambatan aliran dan meningkatkan gesekan aliran1.Pada dasarnya, koefisien gesekan sedikit meningkat dengan meningkatnya fraksi massa nanofluida.Semakin tinggi kerugian gesekan disebabkan oleh meningkatnya viskositas dinamis nanofluida dan meningkatnya tegangan geser pada permukaan dengan persentase massa nanographene yang lebih tinggi pada fluida dasar.Tabel (1) menunjukkan bahwa viskositas dinamis nanofluida (ZNP-SDBS@DV) lebih tinggi dibandingkan nanofluida (ZNP-COOH@DV) pada persentase berat yang sama, hal ini berhubungan dengan penambahan efek permukaan.agen aktif pada nanofluida non-kovalen.
Pada gambar.8 menunjukkan nanofluida dibandingkan dengan fluida dasar (DW) (\(\frac{{\Delta P}_{NFs}}{{\Delta P}_{DW}}\)) pada (0,025%, 0,05% dan 0,1% ).Nanofluida non-kovalen (GNPs-SDBS@DW) menunjukkan kehilangan tekanan rata-rata yang lebih tinggi, dan dengan peningkatan persentase massa menjadi 2,04% untuk 0,025% berat, 2,46% untuk 0,05% berat.dan 3,44% untuk 0,1% berat.dengan pembesaran kotak (sudut heliks 45° dan 90°).Sementara itu, nanofluida (GNPs-COOH@DW) menunjukkan kehilangan tekanan rata-rata yang lebih rendah, meningkat dari 1,31% pada 0,025% berat.hingga 1,65% pada 0,05% berat.Kehilangan tekanan rata-rata 0,05 wt.%-COOH@NP dan 0,1 wt.%-COOH@NP adalah 1,65%.Seperti yang dapat dilihat, penurunan tekanan meningkat seiring dengan meningkatnya angka Re di semua kasus.Peningkatan penurunan tekanan pada nilai Re yang tinggi ditunjukkan dengan ketergantungan langsung pada aliran volume.Oleh karena itu, semakin tinggi angka Re dalam tabung menyebabkan penurunan tekanan yang lebih tinggi, sehingga memerlukan peningkatan daya pompa39,40.Selain itu, kehilangan tekanan yang lebih tinggi disebabkan oleh semakin tingginya intensitas pusaran dan turbulensi yang dihasilkan oleh luas permukaan yang lebih besar, sehingga meningkatkan interaksi tekanan dan gaya inersia pada lapisan batas1.
Secara umum, kriteria evaluasi kinerja (PEC) untuk nanofluida non-kovalen (VNP-SDBS@DW) dan kovalen (VNP-COOH@DW) ditunjukkan pada Gambar.9. Nanofluida (ZNP-SDBS@DV) menunjukkan nilai PEC yang lebih tinggi daripada (ZNP-COOH@DV) pada kedua kasus (sudut heliks 45° dan 90°) dan ditingkatkan dengan meningkatkan fraksi massa, misalnya 0,025 berat.%.adalah 1,17, 0,05% berat adalah 1,19 dan 0,1% berat adalah 1,26.Sedangkan nilai PEC dengan menggunakan nanofluida (GNPs-COOH@DW) adalah 1,02 untuk 0,025 wt%, 1,05 untuk 0,05 wt%, 1,05 untuk 0,1 wt%, 1,05 untuk 0,1 wt%.dalam kedua kasus (sudut heliks 45° dan 90°).1.02.Biasanya, dengan meningkatnya bilangan Reynolds, efisiensi termal-hidrolik menurun secara signifikan.Ketika bilangan Reynolds meningkat, penurunan koefisien efisiensi termal-hidraulik secara sistematis dikaitkan dengan peningkatan (NuNFs/NuDW) dan penurunan (fNFs/fDW).
Sifat hidrotermal nanofluida terhadap fluida basa bergantung pada bilangan Reynolds untuk tabung dengan sudut 45° dan 90°.
Bagian ini membahas sifat termal nanofluida air (DW), non-kovalen (VNP-SDBS@DW), dan kovalen (VNP-COOH@DW) pada tiga konsentrasi massa dan bilangan Reynolds yang berbeda.Dua geometri penukar panas sabuk melingkar dipertimbangkan dalam kisaran 7000 ≤ Re ≤ 17000 sehubungan dengan pipa konvensional (sudut heliks 45° dan 90°) untuk mengevaluasi kinerja termal-hidraulik rata-rata.Pada gambar.Gambar 10 menunjukkan suhu air dan nanofluida di saluran keluar sebagai rata-rata penggunaan (sudut heliks 45° dan 90°) untuk pipa biasa (\(\frac{{{T}_{out}}_{Twisted}}{{ {T} _{keluar}}_{Biasa}}\)).Nanofluida non-kovalen (GNP-SDBS@DW) dan kovalen (GNP-COOH@DW) memiliki tiga fraksi berat yang berbeda seperti 0,025% berat, 0,05% berat, dan 0,1% berat.Seperti yang ditunjukkan pada gambar.11, nilai rata-rata suhu keluar (\(\frac{{{T}_{out}}_{Twisted}}{{{T}_{out}}_{Plain}}\)) > 1, menunjukkan bahwa (sudut heliks 45° dan 90°) suhu di saluran keluar penukar panas lebih signifikan dibandingkan suhu pipa konvensional, karena intensitas turbulensi yang lebih besar dan pencampuran cairan yang lebih baik.Selain itu, suhu di outlet DW, nanofluida non-kovalen dan kovalen menurun dengan meningkatnya bilangan Reynolds.Cairan dasar (DW) memiliki suhu keluar rata-rata tertinggi.Sedangkan nilai terendah mengacu pada 0,1 wt%-SDBS@GNPs.Nanofluida non-kovalen (GNPs-SDBS@DW) menunjukkan suhu keluar rata-rata yang lebih rendah dibandingkan dengan nanofluida kovalen (GNPs-COOH@DW).Karena pita yang dipelintir membuat medan aliran lebih tercampur, fluks panas di dekat dinding dapat lebih mudah melewati cairan, sehingga meningkatkan suhu keseluruhan.Rasio twist-to-tape yang lebih rendah menghasilkan penetrasi yang lebih baik dan karenanya perpindahan panas yang lebih baik.Di sisi lain, terlihat bahwa pita yang digulung mempertahankan suhu yang lebih rendah pada dinding, yang pada gilirannya meningkatkan Nuavg.Untuk sisipan pita bengkok, nilai Nuavg yang lebih tinggi menunjukkan peningkatan perpindahan panas konvektif di dalam tabung22.Karena peningkatan jalur aliran dan tambahan pencampuran dan turbulensi, waktu tinggal meningkat, mengakibatkan peningkatan suhu cairan di saluran keluar41.
Bilangan Reynolds berbagai nanofluida relatif terhadap suhu keluar tabung konvensional (sudut heliks 45° dan 90°).
Koefisien perpindahan panas (sudut heliks 45° dan 90°) versus bilangan Reynolds untuk berbagai nanofluida dibandingkan dengan tabung konvensional.
Mekanisme utama peningkatan perpindahan panas pita melingkar adalah sebagai berikut: 1. Mengurangi diameter hidrolik tabung penukar panas menyebabkan peningkatan kecepatan aliran dan kelengkungan, yang pada gilirannya meningkatkan tegangan geser pada dinding dan mendorong pergerakan sekunder.2. Karena penyumbatan pada pita lilitan, kecepatan pada dinding pipa meningkat, dan ketebalan lapisan batas berkurang.3. Aliran spiral di belakang sabuk yang terpuntir menyebabkan peningkatan kecepatan.4. Pusaran yang terinduksi meningkatkan pencampuran fluida antara daerah tengah dan dekat dinding aliran42.Pada gambar.11 dan gambar.Gambar 12 menunjukkan sifat perpindahan panas DW dan nanofluida, misalnya (koefisien perpindahan panas dan bilangan Nusselt rata-rata) sebagai rata-rata menggunakan tabung penyisipan pita bengkok dibandingkan dengan tabung konvensional.Nanofluida non-kovalen (GNP-SDBS@DW) dan kovalen (GNP-COOH@DW) memiliki tiga fraksi berat yang berbeda seperti 0,025% berat, 0,05% berat, dan 0,1% berat.Pada kedua penukar panas (sudut heliks 45° dan 90°) kinerja perpindahan panas rata-rata >1, menunjukkan peningkatan koefisien perpindahan panas dan bilangan Nusselt rata-rata dengan tabung melingkar dibandingkan dengan tabung konvensional.Nanofluida non-kovalen (GNPs-SDBS@DW) menunjukkan peningkatan perpindahan panas rata-rata yang lebih tinggi dibandingkan nanofluida kovalen (GNPs-COOH@DW).Pada Re = 900, peningkatan kinerja perpindahan panas sebesar 0,1% berat -SDBS@GNPs untuk kedua penukar panas (sudut heliks 45° dan 90°) merupakan yang tertinggi dengan nilai 1,90.Ini berarti bahwa efek TP yang seragam lebih penting pada kecepatan fluida yang lebih rendah (bilangan Reynolds)43 dan meningkatkan intensitas turbulensi.Karena adanya beberapa vortisitas, koefisien perpindahan panas dan rata-rata jumlah Nusselt pada tabung TT lebih tinggi dibandingkan tabung konvensional, sehingga menghasilkan lapisan batas yang lebih tipis.Apakah dengan adanya HP meningkatkan intensitas turbulensi, pencampuran aliran fluida kerja dan meningkatkan perpindahan panas dibandingkan dengan pipa dasar (tanpa memasukkan pita yang dipilin-pilin)21.
Rata-rata bilangan Nusselt (sudut heliks 45° dan 90°) versus bilangan Reynolds untuk berbagai nanofluida dibandingkan dengan tabung konvensional.
Gambar 13 dan 14 menunjukkan rata-rata koefisien gesekan (\(\frac{{f}_{Twisted}}{{f}_{Plain}}\)) dan kehilangan tekanan (\(\frac{{\Delta P} _ {Twisted}}{{\Delta P}_{Plain}}\}} sekitar 45° dan 90° untuk pipa konvensional menggunakan nanofluida DW, (GNPs-SDBS@DW) dan (GNPs-COOH@DW) penukar ion mengandung ( 0,025 wt %, 0,05 wt % dan 0,1 wt %). { {f}_{Plain} }\)) dan kehilangan tekanan (\(\frac{{ \Delta P}_{Twisted}}{{\Delta P }_{Plain}}\}) menurun, koefisien gesekan dan kehilangan tekanan lebih tinggi pada bilangan Reynolds yang lebih rendah Koefisien gesekan rata-rata dan kehilangan tekanan adalah antara 3,78 dan 3,12 Koefisien gesekan rata-rata dan kehilangan tekanan menunjukkan bahwa (45° heliks sudut dan 90°) biaya penukar panas tiga kali lebih tinggi dibandingkan pipa konvensional. Selain itu, ketika fluida kerja mengalir dengan kecepatan lebih tinggi, koefisien gesekan menurun. Masalah muncul karena semakin besar bilangan Reynolds, semakin tebal lapisan batas menurun, yang menyebabkan penurunan pengaruh viskositas dinamis pada area yang terkena, penurunan gradien kecepatan dan tegangan geser, dan akibatnya, penurunan koefisien gesekan21.Peningkatan efek pemblokiran karena kehadiran TT dan peningkatan putaran menghasilkan kehilangan tekanan yang jauh lebih tinggi untuk pipa TT heterogen dibandingkan pipa dasar.Selain itu, baik pada pipa dasar maupun pipa TT, terlihat penurunan tekanan semakin besar seiring dengan kecepatan fluida kerja43.
Koefisien gesekan (sudut heliks 45° dan 90°) versus bilangan Reynolds untuk berbagai nanofluida dibandingkan dengan tabung konvensional.
Kehilangan tekanan (sudut heliks 45° dan 90°) sebagai fungsi bilangan Reynolds untuk berbagai nanofluida relatif terhadap tabung konvensional.
Singkatnya, Gambar 15 menunjukkan kriteria evaluasi kinerja (PEC) untuk penukar panas dengan sudut 45° dan 90° dibandingkan dengan tabung biasa (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}} \ ) ) dalam (0,025% berat, 0,05% berat, dan 0,1% berat) menggunakan nanofluida DV, (VNP-SDBS@DV) dan kovalen (VNP-COOH@DV).Nilai (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) > 1 dalam kedua kasus (sudut heliks 45° dan 90°) pada penukar panas.Selain itu, (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) mencapai nilai terbaiknya pada Re = 11.000.Penukar panas 90° menunjukkan sedikit peningkatan (\ (\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) dibandingkan dengan penukar panas 45°., Pada Re = 11,000 0,1 wt%-GNPs@SDBS mewakili nilai (\(\frac{{PEC}_{Twisted}}{{PEC}_{Plain}}\)) yang lebih tinggi, misalnya 1,25 untuk sudut penukar panas 45° dan 1,27 untuk penukar panas sudut 90°.Ini lebih besar dari satu persentase fraksi massa, yang menunjukkan bahwa pipa dengan sisipan pita bengkok lebih unggul daripada pipa konvensional.Khususnya, peningkatan perpindahan panas yang dihasilkan oleh sisipan pita menghasilkan peningkatan kerugian gesekan yang signifikan22.
Kriteria efisiensi bilangan Reynolds berbagai nanofluida dalam kaitannya dengan tabung konvensional (sudut heliks 45° dan 90°).
Lampiran A menunjukkan arus untuk penukar panas 45° dan 90° pada Re = 7000 menggunakan DW, 0,1 wt%-GNP-SDBS@DW dan 0,1 wt%-GNP-COOH@DW.Garis arus pada bidang melintang merupakan ciri yang paling mencolok dari efek sisipan pita yang dipelintir pada aliran utama.Penggunaan penukar panas 45° dan 90° menunjukkan bahwa kecepatan di daerah dekat dinding kurang lebih sama.Sementara itu, Lampiran B menunjukkan kontur kecepatan penukar panas 45° dan 90° pada Re = 7000 menggunakan DW, 0,1 wt%-GNP-SDBS@DW dan 0,1 wt%-GNP-COOH@DW.Loop kecepatan berada di tiga lokasi (irisan) yang berbeda, misalnya Dataran-1 (P1 = −30mm), Dataran-4 (P4 = 60mm) dan Dataran-7 (P7 = 150mm).Kecepatan aliran di dekat dinding pipa paling rendah dan kecepatan fluida meningkat menuju pusat pipa.Selain itu, saat melewati saluran udara, luas area berkecepatan rendah di dekat dinding bertambah.Hal ini disebabkan oleh tumbuhnya lapisan batas hidrodinamik yang meningkatkan ketebalan daerah berkecepatan rendah di dekat dinding.Selain itu, peningkatan bilangan Reynolds akan meningkatkan tingkat kecepatan keseluruhan di semua penampang, sehingga mengurangi ketebalan daerah kecepatan rendah di saluran39.
Lembaran nano graphene yang difungsikan secara kovalen dan non-kovalen dievaluasi dalam sisipan pita bengkok dengan sudut heliks 45° dan 90°.Penukar panas diselesaikan secara numerik menggunakan model turbulensi k-omega SST pada 7000 ≤ Re ≤ 17000. Sifat termofisika dihitung pada Timah = 308 K. Secara bersamaan memanaskan dinding tabung yang terpilin pada suhu konstan 330 K. COOH@DV) diencerkan dalam tiga jumlah massa, misalnya (0,025% berat, 0,05% berat, dan 0,1% berat).Studi saat ini mempertimbangkan enam faktor utama: suhu keluar, koefisien perpindahan panas, bilangan Nusselt rata-rata, koefisien gesekan, kehilangan tekanan, dan kriteria evaluasi kinerja.Berikut temuan utamanya:
Suhu keluar rata-rata (\({{T}_{out}}_{Nanofluids}\)/\({{T}_{out}}_{Basefluid}\)) selalu kurang dari 1, yang berarti bahwa non-spread Suhu keluar nanofluida valensi (ZNP-SDBS@DV) dan kovalen (ZNP-COOH@DV) lebih rendah dibandingkan dengan cairan basa.Sementara itu, nilai rata-rata suhu keluar (\({{T}_{out}}_{Twisted}\)/\({{T}_{out}}_{Plain}\)) > 1, menunjukkan ke fakta bahwa (sudut heliks 45° dan 90°) suhu keluar lebih tinggi dibandingkan dengan tabung konvensional.
Pada kedua kasus tersebut, nilai rata-rata sifat perpindahan panas (nanofluid/base fluid) dan (twisted tube/normal tube) selalu menunjukkan >1.Nanofluida non-kovalen (GNPs-SDBS@DW) menunjukkan peningkatan rata-rata perpindahan panas yang lebih tinggi, sesuai dengan nanofluida kovalen (GNPs-COOH@DW).
Koefisien gesekan rata-rata (\({f}_{Nanofluids}/{f}_{Basefluid}\)) nanofluida non-kovalen (VNP-SDBS@DW) dan kovalen (VNP-COOH@DW) selalu ≈1 .gesekan nanofluida non-kovalen (ZNP-SDBS@DV) dan kovalen (ZNP-COOH@DV) (\({f}_{Twisted}/{f}_{Plain}\)) untuk selalu > 3.
Dalam kedua kasus (sudut heliks 45° dan 90°), nanofluida (GNPs-SDBS@DW) menunjukkan (\({\Delta P}_{Nanofluids}/{\Delta P}_{Basefluid}\)) lebih tinggi 0,025 berat .% untuk 2,04%, 0,05% berat untuk 2,46% dan 0,1% berat untuk 3,44%.Sementara itu, nanofluida (GNPs-COOH@DW) menunjukkan (\({\Delta P}_{Nanofluids}/{\Delta P}_{Basefluid}\)) lebih rendah dari 1,31% untuk 0,025% berat menjadi 1,65% adalah 0,05 % dari berat.Selain itu, rata-rata kehilangan tekanan (\({\Delta P}_{Twisted}/{\Delta P}_{Plain}\) non-kovalen (GNPs-SDBS@DW) dan kovalen (GNPs-COOH@DW) ))) nanofluida selalu >3.
Dalam kedua kasus (sudut heliks 45° dan 90°), nanofluida (GNPs-SDBS@DW) menunjukkan nilai (\({PEC}_{Nanofluids}/{PEC} _{Basefluid}\)) @DW yang lebih tinggi) , misalnya 0,025% berat – 1,17, 0,05% berat – 1,19, 0,1% berat – 1,26.Dalam hal ini, nilai (\({PEC}_{Nanofluids}/{PEC}_{Basefluid}\)) menggunakan nanofluida (GNPs-COOH@DW) adalah 1,02 untuk 0,025% berat, 1,05 untuk 0 , 05 berat.% dan 1,02 adalah 0,1% berat.Selain itu, pada Re = 11.000, 0,1 wt%-GNPs@SDBS menunjukkan nilai yang lebih tinggi (\({PEC}_{Twisted}/{PEC}_{Plain}\)), seperti 1,25 untuk sudut heliks 45° dan sudut heliks 90° 1,27.
Thianpong, C. dkk.Optimalisasi multiguna aliran nanofluida titanium dioksida/air di penukar panas, ditingkatkan dengan sisipan pita bengkok dengan sayap delta.internal J. Panas.ilmu.172, 107318 (2022).
Langerudi, HG dan Jawaerde, C. Studi eksperimental aliran fluida non-Newtonian pada bellow yang disisipkan dengan pita bengkok khas dan berbentuk V.Perpindahan Panas dan Massa 55, 937–951 (2019).
Dong, X. dkk.Studi eksperimental tentang karakteristik perpindahan panas dan hambatan aliran penukar panas berbentuk tabung spiral [J].Suhu aplikasi.proyek.176, 115397 (2020).
Yongsiri, K., Eiamsa-Ard, P., Wongcharee, K. & Eiamsa-Ard, SJCS Peningkatan perpindahan panas dalam aliran saluran turbulen dengan sirip pemisah miring.penelitian topikal.suhu.proyek.3, 1–10 (2014).