非の影響

Jun 21, 2023

Scientific Reports volume 13、記事番号: 407 (2023) この記事を引用

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1 オルトメトリック

メトリクスの詳細

二重管熱交換器内の熱伝達率の向上は産業用途にとって重要です。 現在の研究では、二重管熱交換器内を流れるナノ流体流の熱伝達率に対する不均一磁場の使用が包括的に研究されています。 CFD の計算技術は、磁気源の存在下でのナノ流体の流体力学の視覚化に使用されます。 熱伝達に対する磁気強度とナノ流体速度の影響も示します。 磁気源を追加した非圧縮性ナノ流体の流れのモデル化には、単純なアルゴリズムが使用されます。 提示された結果は、磁気源が内管のギャップ内の循環の形成を強化し、その結果、領域内での熱伝達が強化されることを示しています。 異なる形状のチューブを比較すると、ナノ流体流の熱伝達の改善には三角形のチューブの方が効率的であることがわかります。 私たちの結果は、三角形の形状のチューブ内の熱伝達が他の構成よりも高く、その性能が滑らかなチューブよりも 15% 高いことを示しています。

熱伝達プロセスの管理は、最近の工学および産業システムおよびデバイスの開発にとって重要です1、2。 近年、絶縁のための技術や材料がいくつか使用され、発表されています。 熱伝達の低減はアイソレータを使用することで簡単に実現できますが、材料の制限により熱伝達の改善は容易ではありません。 一方、熱交換器や凝縮器などの工業用および工学用の機器や装置では、熱伝達の改善がより求められています3、4。 効率的な熱伝達の重要性により、機械エンジニアや研究者は、産業用途での熱伝達を向上させる新しいソリューションや材料を見つけようとしています5。

フィンの適用は、その簡単さと低コストにより広く使用されている最も一般的なアプローチです。 この方法では、熱源に隣接してフィンを追加することで、熱源と外部との接触表面積が増加します6、7。 いくつかの論文でこの技術の熱伝達率が研究されていますが、フィンを介した熱伝達の効率には限界があります。 形状効果は、熱伝達を高めるための昔ながらの方法とも考えられています8、9、10。

熱伝達における主な革新は、ベース流体にナノ粒子を添加することによって達成されます。 実際、主流体内のフェロ粒子の存在は、混合流体のフェロ特性により大幅に増加します11。 フェロナノ粒子を添加すると、混合流体の熱容量と熱伝導率が向上し、実際の用途における熱交換器の熱伝達効率が向上します12、13。 ナノ流体の熱伝達の理論的研究は、効率的な条件を得るために広く行われてきました。 過去数十年間で、数値流体力学の進歩により、学者は複雑な実際の産業用デバイスでナノ熱伝達モデリングをモデル化し、シミュレーションできるようになりました 14,15。 これらの研究は、溶融および沸騰現象のさまざまなプロセスにおけるナノフェロ粒子を含むベース流体の熱伝達のメカニズムに関する重要な結果を示しています。 彼らはまた、ナノ粒子を使用した場合と使用しない場合の CFD 法による相変化材料 PCM も調査しました 16,17。 これらの調査により、工業用途におけるナノ流体のさまざまな側面が明らかになりました18。

磁場の適用はまた、ナノ流体ストリームのフェロ粒子に加えられる力により、磁性流体の熱伝達を大幅に高める19,20。 この種の問題は主に、均一磁場と不均一磁場という 2 つの主要な部分に分けられます。 均一な磁場の効率はより不均一ですが、均一な磁場の生成はほとんど困難な作業であり、十分なスペースが必要です。 さらに、そのコストは、AC/DC電流を伴うワイヤの存在によって得られる不均一な磁場よりも高くなります。 産業用途における不均一磁場の単純さと低コストにより、このテーマは熱工学科学において魅力的です 21,22。 この特定の条件における熱伝達の測定技術は困難な作業であるため、不均一磁場の実験的研究は限られた研究で提示されてきました 23,24,25,26。 均一な磁場とは異なり、不均一な磁気ソースのシミュレーションには、モデリング プロセスの主な支配方程式にソース項を実装するための高度なスキルが必要です 27、28、29、30。 不均一な磁場の存在下での磁性流体の流れを報告した研究は限られています。 この研究では、図1に示すような不均一磁場の存在下で、ナノ粒子を含む水流のシミュレーションを調査します。