Применение не

Том 13 научных докладов, Номер статьи: 8471 (2023) Цитировать эту статью

194 доступа

Подробности о метриках

Улучшение теплопередачи внутри солнечных теплообменников важно для развития солнечной энергетики в городских условиях. В этом исследовании рассматривается влияние неоднородного магнитного поля на тепловой КПД наножидкости (Fe3O4), текущей внутри U-образной трубы солнечных теплообменников. Вычислительная гидродинамика применяется для визуализации потока наножидкости внутри солнечного теплообменника. Роль напряженности магнитного поля и числа Рейнольдса на термический КПД полностью исследована. В наших исследованиях также изучается влияние одиночных и тройных источников магнитного поля. Полученные результаты показывают, что использование магнитного поля приводит к созданию вихрей в базовой жидкости и улучшению теплопередачи внутри домена. Наши результаты показывают, что использование магнитного поля с Mn = 25 К улучшит среднюю теплопередачу примерно на 21% вдоль разворотной трубы солнечных теплообменников.

Термическое усовершенствование теплообменников имеет решающее значение для экономии окружающей среды и затрат. Производительность теплообменников имеет решающее значение в различных отраслях промышленности, поскольку они широко используются на электростанциях, нефтехимических заводах и нефтеперерабатывающих заводах, а также в бытовых целях1,2,3. Важность этого устройства для сохранения окружающей среды упоминалась в предыдущих работах, поскольку оно позволит сократить выбросы CO2 за счет сжигания нефти для производства энергии. С другой стороны, новый тип энергоресурса, такой как солнечная энергия, становится экономичным, когда производительность теплообменников достаточно высока4,5.

Разработка новых источников энергии очень важна, поскольку нынешний источник энергии не прослужит более двух столетий6,7. Таким образом, возобновляемые источники энергии стали основной темой для исследователей как лучшая замена сырой нефти8,9. Кроме того, снижение загрязнения не достигается с помощью классического источника энергии, поскольку при сжигании сырой нефти неизбежно образование CO210,11. Среди доступных возобновляемых источников энергии солнечная энергия считается надежным источником энергии благодаря доступности и низкой стоимости, особенно для домашних пользователей12,13. Хотя солнечные электростанции не сравнимы с другими электростанциями (например, атомными) для крупномасштабного производства энергии, этот источник энергии может быть эффективно использован для мелких пользователей, живущих на больших расстояниях от городских территорий14,15,16,17. Следовательно, использование солнечных систем для производства источников энергии для домашних пользователей увеличилось за последние три года за счет повышения цен на нефть18,19,20.

Использование наночастиц значительно повысило эффективность существующих теплообменников21,22. Фактически, феррочастицы значительно улучшают теплоемкость базовой жидкости в теплообменниках, и это снижает производительность солнечных панелей для обеспечения необходимой горячей воды для домашних пользователей23,24,25. Теплоемкость наножидкости существенно увеличивается при использовании магнитного поля. Действительно, применение магнитного источника вблизи трубы с потоком наножидкости приводит к возмущению жидкости, и в потоке наножидкости создается вихревая структура26,27. Поэтому внутри теплообменников интенсифицируется теплообмен. Эта характеристика потока наножидкости была всесторонне исследована в другом процессе, а именно в кипении и плавлении, поскольку это изменило бы термические свойства процесса28,29,30. Хотя в текущих исследованиях изучалось использование магнитного источника, однородного или неоднородного вблизи наножидкости с феррочастицами, этот аспект потока наножидкости не был всесторонне исследован в различных секциях теплообменников31,32,33. В большинстве этих исследований теоретический подход используется для термического анализа потока наножидкости34,35,36. Численный метод вычислительной гидродинамики также используется для исследования теплопередачи теплообменников37,38. Из-за низкой стоимости вычислительных исследований этот метод считается начальным методом предварительной оценки новых инновационных подходов для развития текущих исследований39,40. Хотя несколько исследований были сосредоточены на использовании однородного магнитного поля для улучшения теплообменников, неоднородное магнитное поле изучалось в ограниченном количестве статей с помощью вычислительной гидродинамики41,42,43.