Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Nghiên cứu số về bộ trao đổi nhiệt bằng nanofluid áp dụng động lực học chất lỏng tính toán
Tóm tắt
Bộ trao đổi nhiệt dạng vỏ và ống được ứng dụng phổ biến trong nhiều quy trình công nghiệp và hệ thống năng lượng khác nhau. Chất lỏng sử dụng trong bộ trao đổi nhiệt cùng với các thuộc tính nhiệt lý của chúng là những yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu suất nhiệt và dòng chảy của chất lỏng trong các bộ trao đổi nhiệt. Việc sử dụng nanofluid, với các thuộc tính nhiệt được cải thiện, có thể nâng cao tỷ lệ truyền nhiệt của bộ trao đổi nhiệt. Trong bối cảnh này, bài báo hiện tại tập trung vào mô phỏng số của một bộ trao đổi nhiệt dạng vỏ và ống có baffle, sử dụng nanofluid carbon nanotube/một dạng nước nhiều lớp. Để mô hình hóa, động lực học chất lỏng tính toán được sử dụng. Mô hình xoáy áp dụng trong nghiên cứu này là mô hình k-ε, được chọn dựa trên việc rà soát tài liệu. So sánh tỷ lệ truyền nhiệt trong các trường hợp sử dụng nanofluid ở bên vỏ của bộ trao đổi nhiệt cho thấy khả năng tiềm năng cao của nanofluid trong việc cải thiện hiệu suất nhiệt. Hơn nữa, cũng đã nhận thấy rằng việc sử dụng nồng độ cao hơn của nanofluid sẽ tạo ra sự cải thiện lớn hơn, điều này nhờ vào sự gia tăng cao hơn trong độ dẫn nhiệt hiệu quả của nanofluid. Tăng trung bình trong tỷ lệ truyền nhiệt của bộ trao đổi nhiệt trong trường hợp sử dụng nanofluid carbon nanotube/một dạng nước với nồng độ 4% khoảng 29,5% so với điều kiện nước được sử dụng làm chất lỏng hoạt động.
Từ khóa
#bộ trao đổi nhiệt #nanofluid #mô phỏng số #động lực học chất lỏng tính toán #hiệu suất nhiệtTài liệu tham khảo
Erdogan A, Colpan CO, Cakici DM. Thermal design and analysis of a shell and tube heat exchanger integrating a geothermal based organic Rankine cycle and parabolic trough solar collectors. Renew Energy. 2017;109:372–91. https://doi.org/10.1016/j.renene.2017.03.037.
Ouellette D, Erdogan A, Colpan CO. CFD analysis of a solar-geothermal shell and tube heat exchanger. In: Dincer I, Colpan CO, Kizilkan O, editors. Exergetic, energetic and environmental dimensions. Amsterdam: Elsevier Inc.; 2018. p. 307–22. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-813734-5.00017-2.
Nada SA, El-Ghetany HH, Hussein HMS. Performance of a two-phase closed thermosyphon solar collector with a shell and tube heat exchanger. Appl Therm Eng. 2004;24:1959–68. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2003.12.015.
Zhang X, Zhang Y, Liu Z, Liu J. Analysis of heat transfer and flow characteristics in typical cambered ducts. Int J Therm Sci. 2020;150:106226. https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2019.106226.
Kallannavar S, Mashyal S, Rajangale M. Effect of tube layout on the performance of shell and tube heat exchangers. Mater Today Proc. 2019;27:263–7. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2019.10.151.
Mohammadi MH, Abbasi HR, Yavarinasab A, Pourrahmani H. Thermal optimization of shell and tube heat exchanger using porous baffles. Appl Therm Eng. 2020;170:115005. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2020.115005.
Rostamian SH, Biglari M, Saedodin S, Hemmat EM. An inspection of thermal conductivity of CuO-SWCNTs hybrid nanofluid versus temperature and concentration using experimental data, ANN modeling and new correlation. J Mol Liq. 2017;231:364–9. https://doi.org/10.1016/J.MOLLIQ.2017.02.015.
Hemmat Esfe M, Rostamian H, Toghraie D, Yan W-M. Using artificial neural network to predict thermal conductivity of ethylene glycol with alumina nanoparticle. J Therm Anal Calorim. 2016;126:643–8. https://doi.org/10.1007/s10973-016-5506-7.
Hemmat Esfe M, Kiannejad Amiri M, Alirezaie A. Thermal conductivity of a hybrid nanofluid. J Therm Anal Calorim. 2018. https://doi.org/10.1007/s10973-017-6836-9.
Wang P, Li JB, Bai FW, Liu DY, Xu C, Zhao L, et al. Experimental and theoretical evaluation on the thermal performance of a windowed volumetric solar receiver. Energy. 2017;119:652–61. https://doi.org/10.1016/j.energy.2016.11.024.
Fares M, Al-Mayyahi M, Al-Saad M. Heat transfer analysis of a shell and tube heat exchanger operated with graphene nanofluids. Case Stud Therm Eng. 2020;18:100584. https://doi.org/10.1016/j.csite.2020.100584.
Said Z, Rahman SMA, El Haj AM, Alami AH. Heat transfer enhancement and life cycle analysis of a shell-and-tube heat exchanger using stable CuO/water nanofluid. Sustain Energy Technol Assess. 2019;31:306–17. https://doi.org/10.1016/J.SETA.2018.12.020.
Hemmat EM. Designing a neural network for predicting the heat transfer and pressure drop characteristics of Ag/water nanofluids in a heat exchanger. Appl Therm Eng. 2017;126:559–65. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2017.06.046.
Baghban A, Kahani M, Nazari MA, Ahmadi MH, Yan W-M. Sensitivity analysis and application of machine learning methods to predict the heat transfer performance of CNT/water nanofluid flows through coils. Int J Heat Mass Transf. 2019;128:825–35. https://doi.org/10.1016/J.IJHEATMASSTRANSFER.2018.09.041.
Ghalandari M, Mirzadeh Koohshahi E, Mohamadian F, Shamshirband S, Chau KW. Numerical simulation of nanofluid flow inside a root canal. Eng Appl Comput Fluid Mech. 2019;13:254–64. https://doi.org/10.1080/19942060.2019.1578696.
Pakatchian MR, Saeidi H, Ziamolki A. CFD-based blade shape optimization of MGT-70(3)axial flow compressor. Int J Numer Methods Heat Fluid Flow. 2019. https://doi.org/10.1108/HFF-10-2018-0603.
Farhadi-Azar R, Ramezanizadeh M, Taeibi-Rahni M, Salimi M. Compound triple jets film cooling improvements via velocity and density ratios: large Eddy simulation. J Fluids Eng. 2011;133:031202. https://doi.org/10.1115/1.4003589.
Wang Y, Kamari ML, Haghighat S, Ngo PTT. Electrical and thermal analyses of solar PV module by considering realistic working conditions. J Therm Anal Calorim. 2020. https://doi.org/10.1007/s10973-020-09752-2.
Pal E, Kumar I, Joshi JB, Maheshwari NK. CFD simulations of shell-side flow in a shell-and-tube type heat exchanger with and without baffles. Chem Eng Sci. 2016;143:314–40. https://doi.org/10.1016/j.ces.2016.01.011.
Somasekhar K, Malleswara Rao KND, Sankararao V, Mohammed R, Veerendra M, Venkateswararao T. A CFD investigation of heat transfer enhancement of shell and tube heat exchanger using Al2O3–water nanofluid. Mater Today Proc. 2018;5:1057–62. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2017.11.182.
Ambekar AS, Sivakumar R, Anantharaman N, Vivekenandan M. CFD simulation study of shell and tube heat exchangers with different baffle segment configurations. Appl Therm Eng. 2016;108:999–1007. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2016.08.013.
Ghalandari M, Maleki A, Haghighi A, Safdari Shadloo M, Alhuyi Nazari M, Tlili I. Applications of nanofluids containing carbon nanotubes in solar energy systems: a review. J Mol Liq. 2020;313:113476. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2020.113476.
Hwang YJ, Ahn YC, Shin HS, Lee CG, Kim GT, Park HS, et al. Investigation on characteristics of thermal conductivity enhancement of nanofluids. Curr Appl Phys. 2006;6:1068–71. https://doi.org/10.1016/j.cap.2005.07.021.
Garg P, Alvarado JL, Marsh C, Carlson TA, Kessler DA, Annamalai K. An experimental study on the effect of ultrasonication on viscosity and heat transfer performance of multi-wall carbon nanotube-based aqueous nanofluids. Int J Heat Mass Transf. 2009;52:5090–101. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2009.04.029.
Xie H, Lee H, Youn W, Choi M. Nanofluids containing multiwalled carbon nanotubes and their enhanced thermal conductivities. J Appl Phys. 2003;94:4967–71. https://doi.org/10.1063/1.1613374.
Wen D, Ding Y. Effective thermal conductivity of aqueous suspensions of carbon nanotubes (carbon nanotube nanofluids). J Thermophys Heat Transf. 2004;18:481–5. https://doi.org/10.2514/1.9934.
Venkata Sastry NN, Bhunia A, Sundararajan T, Das SK. Predicting the effective thermal conductivity of carbon nanotube based nanofluids. Nanotechnology. 2008;19:055704. https://doi.org/10.1088/0957-4484/19/05/055704.
Xie H, Chen L. Adjustable thermal conductivity in carbon nanotube nanofluids. Phys Lett Sect A Gen At Solid State Phys. 2009;373:1861–4. https://doi.org/10.1016/j.physleta.2009.03.037.
Nasiri A, Shariaty-Niasar M, Rashidi AM, Khodafarin R. Effect of CNT structures on thermal conductivity and stability of nanofluid. Int J Heat Mass Transf. 2012;55:1529–35. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2011.11.004.
Phuoc TX, Massoudi M, Chen RH. Viscosity and thermal conductivity of nanofluids containing multi-walled carbon nanotubes stabilized by chitosan. Int J Therm Sci. 2011;50:12–8. https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2010.09.008.
Sadri R, Ahmadi G, Togun H, Dahari M, Kazi SN, Sadeghinezhad E, et al. An experimental study on thermal conductivity and viscosity of nanofluids containing carbon nanotubes. Nanoscale Res Lett. 2014. https://doi.org/10.1186/1556-276X-9-151.
Liu MS, Ching-Cheng Lin M, Te HI, Wang CC. Enhancement of thermal conductivity with carbon nanotube for nanofluids. Int Commun Heat Mass Transf. 2005;32:1202–10. https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2005.05.005.
Ozden E, Tari I. Shell side CFD analysis of a small shell-and-tube heat exchanger. Energy Convers Manag. 2010;51:1004–14. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2009.12.003.
Estellé P, Halelfadl S, Maré T. Thermal conductivity of CNT water based nanofluids: experimental trends and models overview. J Therm Eng. 2015;1:381. https://doi.org/10.18186/jte.92293.
Aramesh M, Pourfayaz F, Kasaeian A. Numerical investigation of the nanofluid effects on the heat extraction process of solar ponds in the transient step. Sol Energy. 2017;157:869–79. https://doi.org/10.1016/J.SOLENER.2017.09.011.
Nazari MA, Ghasempour R, Ahmadi MH, Heydarian G, Shafii MB. Experimental investigation of graphene oxide nanofluid on heat transfer enhancement of pulsating heat pipe. Int Commun Heat Mass Transf. 2018;91:90–4. https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2017.12.006.