Оптимизация характеристик теплопередачи МУНТ и воды TiO2

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 15154 (2022) Цитировать эту статью

1026 доступов

19 цитат

4 Альтметрика

Подробности о метриках

Целью данного исследования было изучение влияния нанодобавок диоксида титана (TiO2) на тепловые характеристики пилотной градирни с перекрестным потоком. Более того, это является продолжением нашего предыдущего исследования по влиянию использования наножидкости многостенных углеродных нанотрубок (МУНТ), и результаты сравнивались с результатами TiO2 и предыдущими работами. Экспериментальный план по методологии поверхности отклика (RSM), основанный на центральном композитном дизайне (CCD) с двумя факторами (концентрацией и скоростью потока), использовался для изучения эффективности установки, числа Меркеля и диапазона охлаждения. Наножидкости готовили двухстадийным методом. Испытания на стабильность проводились с использованием различных поверхностно-активных веществ, таких как гуммиарабик, тритон X-100 и додецилсульфат натрия, и гуммиарабик был определен как оптимальное поверхностно-активное вещество. Визуальный метод, анализ динамического светорассеяния (ДРС) и дзета-потенциала использовались для обеспечения стабильности наножидкостей и определения распределения наночастиц по размерам в наножидкостях. Результаты показали, что характеристики теплопередачи рабочей жидкости улучшаются при добавлении наночастиц. Более того, сравнивая влияние наночастиц, было обнаружено, что МУНТ могут улучшить термические характеристики лучше, чем TiO2. Наножидкость, содержащая 0,085 мас.% МУНТ, улучшает число Меркеля, эффективность и диапазон охлаждения на 28, 10,2 и 15,8% соответственно, тогда как эти значения для наножидкостей, содержащих TiO2, составляют 5, 4,1 и 7,4% соответственно. Для оптимальной настройки системы была предложена наножидкость МУНТ с концентрацией 0,069 мас.% и скоростью потока 2,092 кг/мин. В этих условиях дальность охлаждения, эффективность и число Меркеля составляли около 23,5, 55,75% и 0,64 соответственно.

Наножидкость определяется как стабильная суспензия с низким содержанием наночастиц в диапазоне 1–100 нм в базовых жидкостях, таких как масло, вода и этиленгликоль1. В последнее время значительные исследования были посвящены изучению улучшения теплопередачи с использованием наножидкостей в различных приложениях, таких как системы охлаждения и охлаждения, технологические процессы, двигатели внутреннего сгорания, HVAC (отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха), производство электроэнергии и механические инструменты. и многие другие2,3,4. Теплопередача и теплофизические характеристики, такие как вязкость5, температура вспышки, теплопроводность, температура застывания, коэффициент тепло- и массообмена, а также скорость охлаждения, могут быть улучшены с использованием наножидкостей6. Существует широкий тип нанодобавок, которые используются при приготовлении наножидкостей, таких как металлы и оксиды металлов7,8, наноматериалы на основе углерода9,10; однако, хотя они обладают такими замечательными характеристиками, как небольшой размер, большая площадь поверхности и отличная теплоемкость, они склонны к агломерации, особенно при высоких концентрациях. Получение стабильной наножидкости по-прежнему остается сложной задачей, многие решения решают эту часто связанную с наночастицами проблему, а именно. методы модификации поверхности11, ультразвуковое перемешивание12, использование поверхностно-активных веществ13 и рН-обработка14. Наночастицы TiO2 широко используются среди различных обычно используемых нанодобавок благодаря своим отличительным свойствам. К ним относятся превосходная коллоидная и химическая стабильность, экологичность15, способность улучшать теплопередачу16 и способность снижать трение.

При оценке характеристик теплопередачи системы охлаждения МУНТ/наножидкости показали значительное улучшение измеряемых теплофизических свойств, таких как теплопроводность, поскольку УНТ имеют почти в 5 раз более высокую ценность, чем другие традиционные материалы17. Следовательно, более высокая теплопроводность МУНТ/наножидкости обеспечивает лучшую скорость теплопередачи в применяемой системе18.