Влияние не

Научные отчеты, том 13, номер статьи: 407 (2023) Цитировать эту статью

802 Доступа

2 цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Повышение скорости теплопередачи внутри двухтрубных теплообменников имеет важное значение для промышленного применения. В настоящей работе всесторонне изучено влияние неоднородного магнитного поля на скорость теплопередачи потока наножидкости, протекающей внутри двухтрубных теплообменников. Вычислительная техника CFD используется для визуализации гидродинамики наножидкости при наличии магнитного источника. Также представлено влияние напряженности магнитного поля и скорости наножидкости на теплообмен. Для моделирования течения несжимаемой наножидкости с добавлением магнитного источника используется простой алгоритм. Представленные результаты показывают, что магнитный источник интенсифицирует формирование циркуляции в зазоре камеры и, как следствие, усиливается теплообмен в нашей области. Сравнение трубок различной геометрии показывает, что треугольная трубка более эффективна для улучшения теплопередачи потока наножидкости. Наши результаты показывают, что теплопередача в трубке треугольной формы больше, чем в других конфигурациях, а ее производительность на 15% выше, чем в гладкой трубке.

Управление процессом теплопередачи имеет важное значение для разработки новейших инженерных и промышленных систем и устройств1,2. В последние годы было использовано и представлено несколько методов и материалов для изоляции. Хотя снижение теплопередачи легко достигается за счет использования изоляторов, улучшение теплопередачи нелегко достижимо из-за ограничений в материалах. Между тем, улучшение теплопередачи более необходимо в промышленных и инженерных приборах и устройствах, например, в теплообменниках и конденсаторах3,4. Важность эффективной теплопередачи побудила инженеров-механиков и исследователей искать новые решения и материалы, которые увеличивают теплопередачу в промышленных целях5.

Применение плавников является наиболее традиционным подходом, который широко используется из-за своей простоты и низкой стоимости. В этой методологии площадь поверхности контакта источника тепла с внешней средой увеличивается за счет добавления ребра, примыкающего к источнику тепла6,7. Хотя в нескольких статьях этот метод исследовался на предмет скорости теплопередачи, эффективность передачи тепла через ребро ограничена. Эффекты формы также считаются устаревшим методом улучшения теплопередачи8,9,10.

Основная революция в теплопередаче достигается за счет добавления наночастиц в базовую жидкость. Фактически, существование ферро-частиц внутри основной жидкости значительно усиливается из-за ферро-характеристик смеси жидкостей11. Добавление ферро-наночастиц улучшает теплоемкость и теплопроводность жидкостной смеси, что увеличивает эффективность теплопередачи в теплообменниках в реальных приложениях12,13. Теоретические исследования теплопередачи наножидкостей были широко проведены для достижения эффективного состояния. В последние десятилетия достижения в области вычислительной гидродинамики позволяют ученым моделировать нанотеплообмен в сложных и реальных промышленных устройствах14,15. Эти исследования представили важные результаты о механизме теплопередачи базовой жидкости с наночастицами ферро в различных процессах плавления и кипения. Они также исследовали материалы ПКМ с фазовым переходом с помощью методов CFD с наночастицами или без них16,17. Эти исследования выявили различные аспекты промышленного использования наножидкости18.

Применение магнитного поля также значительно увеличивает теплопередачу феррожидкости за счет воздействия силы на феррочастицы потока наножидкости19,20. Проблемы этого типа в основном делятся на две основные части: однородные и неоднородные магнитные поля. Хотя эффективность однородного магнитного поля более неоднородна, создание однородного магнитного поля представляет собой сложную задачу и требует достаточно места. Кроме того, его стоимость превышает стоимость неоднородного магнитного поля, которое получается за счет существования провода с переменным/постоянным током. Благодаря простоте и дешевизне неоднородных магнитных полей в промышленных применениях эта тема привлекательна для теплотехники21,22. Экспериментальные исследования неоднородных магнитных полей были представлены в ограниченном количестве исследований, поскольку методика измерения теплопередачи в этих конкретных условиях является сложной задачей23,24,25,26. В отличие от однородных магнитных полей, моделирование неоднородного магнитного источника требует высоких навыков для реализации источника в основных уравнениях процесса моделирования27,28,29,30. Имеются ограниченные исследования, в которых сообщалось о существовании потока феррожидкости в неоднородном магнитном поле. В этом исследовании моделирование потока воды с наночастицами исследуется при наличии неоднородного магнитного поля, как показано на рис. 1.