Моделирование процессов тепломассопереноса в наножидкостях на примере параболического солнечного коллектора
DOI:
https://doi.org/10.25206/2588-0373-2025-9-3-47-56Ключевые слова:
наножидкость; концентрирующий, параболический, солнечный коллектор; однофазная модель; двухфазная модель; турбулизатор.Аннотация
В статье представлены основные математические модели для численного моделирования процессов теплообмена, протекающих в наножидкости, – однофазная и двухфазная модели. Дано описание устройства и принципа работы концентрирующего параболического солнечного коллектора. Выполнены расчетные исследования процессов теплообмена однофазным методом при ламинарном и турбулентном течении теплоносителей в гладкой поглощающей трубке и трубке с проволочным спиральным турбулизатором. В качестве теплоносителя использовались чистая вода и наножидкость на основе воды с наночастицами Al2O3 объемной концентрацией 1 %. Размер наночастиц Al2O3 – 50 нм. Проведен анализ влияния применения проволочного спирального турбулизатора в солнечном коллекторе в комбинации с наножидкостью в качестве теплоносителя на температурное распределение в поглощающей трубке.
Скачивания
Библиографические ссылки
(1). Slobodina E. N., Mikhailov A. G. Application peculiarities of the higherature fluids containing nanoparticles in gas-tube boilers. Journal of Physics: Conference Series. 2020. Vol. 1652. P. 012037. DOI: 10.1088/1742-6596/1652/1/012037.
(2). Слободина Е. Н., Михайлов А. Г., Гасс Е. А. Экспериментальные и расчетные исследования процесса кипения наножидкости // Известия Транссиба. 2023. № 1 (53). С. 103–109. EDN: NYYGES.
Slobodina E. N., Mikhaylov A. G., Gass E. A. Eksperimental’nyye i raschetnyye issledovaniya protsessa kipeniya nanozhidkosti [Experimental and computational studies of the nanofluidic boiling process]. Izvestiya Transsiba. Journal of Transsib Railway Studies. 2023. No. 1 (53). P. 103–109. EDN: NYYGES. (In Russ.).
(3). Рудяк В. Я., Минаков А. В., Краснолуцкий С. Л. Физика и механика процессов теплообмена в течениях наножидкостей // Физическая мезомеханика. 2016. Т. 19, № 1. С. 75–83. EDN: VSMFOJ.
Rudyak V. Ya., Minakov A. V., Krasnolutskiy S. L. Fizika i mekhanika protsessov teploobmena v techeniyakh nanozhidkostey [Physics and mechanics of heat exchange processes in nanofluid flows]. Fizicheskaya mezomekhanika. Physical Mesomechanics. 2016. Vol. 19, no. 1. P. 75–83. EDN: VSMFOJ. (In Russ.).
(4). Maxwell J. C. A. Treatise on Electricity and Magnetism. Oxford, 1873. Vol. 1. 425 p.
(5). Hamilton R. L., Crosser O. K. Thermal conductivity of heterogeneous two-component systems. Industrial & Engineering Chemistry Fundamentals. 1962. Vol. 1, no. 3. P. 187–191. DOI: 10.1021/i160003a005.
(6). Bruggeman D. A. G. Berechnung verschiedener physikalischer Konstanten von heterogenen Substanzen. I. Dielektrizitätskonstanten und Leitfähigkeiten der Mischkörper aus isotropen Substanzen. Annalen Der Physik. 2006. Vol. 416, no. 7. P. 636–664. DOI: 10.1002/andp.19354160705.
(7). Yu W., Choi S. U. S. The role of interfacial layers in the enhanced thermal conductivity of nanofluids: A renovated maxwell model. Journal of Nanoparticle Research. 2003. Vol. 5. P. 167–171. DOI: 10.1023/a:1024438603801.
(8). Xue Q., Xu W. M. A model of thermal conductivity of nanofluids with interfacial shells. Materials Chemistry and Physics. 2005. Vol. 90. P. 298–301. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2004.05.029.
(9). Xuan Y., Li Q., Hu W. Aggregation structure and thermal conductivity of nanofluids. AIChE Journal. 2003. Vol. 49, no. 4. P. 1038–1043. DOI: 10.1002/aic.690490420.
(10). Koo J., Kleinstreuer C. A new thermal conductivity model for nanofluids. Journal of Nanoparticle Research. 2004. Vol. 6. P. 577–588. DOI: 10.1007/s11051-004-3170-5.
(11). Chon C. H., Kihm K. D., Lee S. P. [et al.]. Empirical correlation finding the role of temperature and particle size for nanofluid (Al2O3) thermal conductivity enhancement. Applied Physics Letters. 2005. Vol. 87, no. 15. P. 153107. DOI: 10.1063/1.2093936.
(12). Wang B.-X., Zhou L.-P., Peng X.-F. A fractal model for predicting the effective thermal conductivity of liquid with suspension of nanoparticles. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2003. Vol. 46, no. 14. P. 2665–2672. DOI: 10.1016/s0017-9310(03)00016-4.
(13). Jang S. P., Choi S. U. S. Role of Brownian motion in the enhanced thermal conductivity of nanofluids. Applied Physics Letters. 2004. Vol. 84, no. 21. P. 4316–4318. DOI: 10.1063/1.1756684.
(14). Pak B. C., Choi Y. I. Hydrodynamic and heat transfer study of dispersed fluids with submicron metallic oxide particles. Experimental Heat Transfer. 1998. Vol. 11, no. 2. P. 151–170. DOI: 10.1080/08916159808946559.
(15). Udawattha D. S., Narayana M. Development of a Model for Predicting the Effective Thermal Conductivity of Nanofluids: A Reliable Approach for Nanofluids Containing Spherical Nanoparticles. Journal of Nanofluids. 2018. Vol. 7, no. 1. P. 129–140. DOI: 10.1166/jon.2018.1428.
(16). Timofeeva E. V., Moravek M. R., Singh D. Improving the heat transfer efficiency of synthetic oil with silica nanoparticles. Journal of Colloid and Interface Science. 2011. Vol. 364, no. 1. P. 71–79. DOI: 10.1016/j.jcis.2011.08.004.
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Неисключительные права на статью передаются журналу в полном соответствии с Лицензией Creative Commons BY-NC-SA 4.0 «Attribution-NonCommercial-ShareAlike» («Атрибуция-Некоммерчески-СохранениеУсловий») 4.0 Всемирная (CC BY-NC-SA 4.0)
