【正文】 積的表面積大，螺旋盤管可用在蒸汽發(fā)生器，核反應(yīng)堆和冷凝器也可用于在電廠。在傳統(tǒng)增強(qiáng)技術(shù)中廣泛使用的是內(nèi)部與外部彎管技術(shù)，絞磁帶刀片，卷曲絲插入，螺旋彎管和流體添加劑。 熱交換器的傳熱可用主 動(dòng)，被動(dòng)和復(fù)合熱轉(zhuǎn)移技術(shù)實(shí)現(xiàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在納米流體濃度的增加以及熱傳遞速率增加，納米流體濃度，攪拌 速度和殼側(cè)的值越高，熱交換器有越高的效率。 使用 十六烷基三甲基溴（ CTAB）用作穩(wěn)定劑。這些研究是在不同濃度的納米流體，以及納米流體的溫度，攪拌速度和線圈側(cè)的流體溢流率進(jìn)行的。外殼和螺旋盤管換熱器的性能已經(jīng)使用三個(gè)水性納米流體實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。 化學(xué)工程與工藝 102(2021)1–8 Contents lists available at ScienceDirect 化學(xué)工程與工藝 : 增強(qiáng)過(guò)程 期刊主頁(yè) : ,* 化學(xué) 工程技術(shù)研究所 ,瓦朗加爾 506004,印度 文章信息 文章歷史 : 收到 2021年 10月 10日 收到修訂版 2021年 1月 8日 接收 2021年 1月 11日 可在線 2021年 1月 14日 關(guān)鍵字 : Dean 數(shù) 增強(qiáng) 傳熱率 螺旋形線圈 納米流體 . * 作者通訊地址 . Email address: (A. VenuVinod). 02552701/227。2021Elsevier . All rights reserved. 采用水性納米流體在 殼側(cè) 和螺旋管換熱器的傳熱強(qiáng)化 摘要 納米流體已被報(bào)道為能夠加強(qiáng)熱的交換。（氧化鋁，氧化銅和二氧化鈦）。三種納米流體的濃度為 ， ， 1，按重量計(jì) 至 2％的制備。納米流體作為加熱介質(zhì)（外殼側(cè)）和水作為線圈側(cè)的流體。當(dāng)與水進(jìn)行對(duì)比時(shí)發(fā)現(xiàn) Al2O3， CuO 和納米TiO2 /納米水的 濃度在 ％， ％和 ％ 時(shí)有最大增加率 。該活躍的技術(shù)需要外部力量，例如，電動(dòng)場(chǎng)，表面振動(dòng)等的無(wú)源技術(shù)需要流體的添加劑（例如，納米顆粒），或特殊的表面幾何形狀（例如，螺旋線圈）。螺旋形的盤管在許多工程應(yīng)用中，例如用于采暖，制冷和暖通空調(diào)系統(tǒng) [13]。許多研究人員實(shí)驗(yàn)研究熱在轉(zhuǎn)移螺旋盤管換熱器 [49]。 Wongwises 與 Polsongkram [10]已經(jīng)研究出了在一個(gè) 光滑的螺旋同心圓中的制冷劑 HFC134a壓降與熱交換系數(shù)。 Naphon[11]實(shí)驗(yàn)調(diào)查螺旋盤管換熱的熱性能換熱器，是由十三為同心螺旋的盤管和非螺旋形卷組成。螺旋混合對(duì)流換熱盤管換熱器的實(shí)驗(yàn)研究是由格爾巴尼 [12]等完成的。 陳等人 [13]研究了傳熱系數(shù)和在低螺旋狀盤繞管壁溫度分布質(zhì)量通量和低壓條件下的關(guān)系。 Moawed[14]研究了從外側(cè)面強(qiáng)制對(duì)流與恒定的墻體通量螺旋盤管的關(guān)系。 文獻(xiàn)中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有一個(gè)具有較高增加熱傳遞速率導(dǎo)熱系數(shù)的水基流體 [15,16]。 2 , A. VenuVinod/化學(xué)工程與工藝 102(2021)1–8 命名法 Cp 比熱容 (kJ/kg C) d 線圈管的直徑 (m) De Dean 數(shù) m Q 質(zhì)量流量 (kg/s) 傳熱率 (W) Rc 線圈的曲率 半徑 Re 雷諾數(shù) T 溫度 (K) v 過(guò)線圈的流體的速度 (m/s) Wt 重量 2. 材料和方法 希臘符號(hào) e 熱交換器的有效性 m 粘性 (kg/ms) 密度 (kg/m3) r 下標(biāo) BF ci co i 基流體 線圈側(cè)的流體入口 線圈側(cè)的流體出口 入口 max 最大值 NF o 納米流體 出口 s 殼側(cè)流體 . 實(shí)驗(yàn)裝置 . 實(shí)驗(yàn)研究 表 1 納米顆粒的細(xì)節(jié) . 納米粒子 生產(chǎn)廠家 尺寸 (nm) 1 2 3 Al O3 CuO TiO2 SiscoResearch Laboratories Pvt.,Ltd.,India 20–30 2 SiscoResearch Laboratories Pvt.,Ltd.,India MKnano, USA 40 10 在研究中，沒(méi)有使用連續(xù)溢流殼側(cè)流體（水，納米流體）的。影響傳熱器的傳熱性能是由納米流體，氧化鋁，氧化銅和 二氧化鈦 /水納米以及在殼側(cè)和線圈側(cè)的使用來(lái)決定的。 在水中制備納米顆粒懸 浮液是應(yīng)用納米流體強(qiáng)化傳熱的第一步。分散納米顆粒引入該基液，水。加成表面活性劑沒(méi)有影響刀納米流體的屬性。用五種不同的納米顆粒濃度的納米流體（ ％， ％， 1％， ％和2％（重量））為準(zhǔn)備測(cè)量納米流體的導(dǎo)熱性。 集約化由于不同類型的納米粒子，如金屬顆粒（銀，金，銅，和 Fe） [1720]。Kannadasan等。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在水平處比垂直位置有更強(qiáng)的傳 熱。 JamalAbad 等。人們發(fā)現(xiàn)，最大增強(qiáng)是在 到 ％體積的銅 /水納米流體。 Jamshidi 等。其實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，傳熱率提高與增加的線圈直徑，線圈節(jié)距以及質(zhì)量流率。 [31]通過(guò)實(shí)驗(yàn)調(diào)查了傳熱與金屬氧化物納米流體（氧化鋁 /水和二氧化鈦的行為 /水）流經(jīng)均勻的熱通量螺旋盤管邊界條件。濃度通過(guò)螺旋盤管換熱的 Al2O3 /水納米流體器。 [32]已經(jīng)調(diào)查了性能使用螺旋盤繞熱交換器的不同類型的納米流體（氧化銅 /水，氧化鋁 /水和 ZnO /水）。的的 CuO /水。 在文獻(xiàn)上面提到，研究人員 [12,30]已經(jīng) 圖 1 顯示了實(shí)驗(yàn)設(shè)置在圖中目前的工作 [34]螺旋盤管的尺寸和外殼在表 2 給出。兩個(gè) 5 千瓦的電加熱器用來(lái)加熱該殼側(cè)流體，使用 PT100 型 RTD 傳感器測(cè)量溫度。通過(guò)線圈流動(dòng)的水的速度用轉(zhuǎn)子流量計(jì)（ LPM）進(jìn)行測(cè)定。由于水流經(jīng)線圈，熱從殼側(cè)流體傳遞在線圈水。 重復(fù)進(jìn)行攪拌器的速度殼側(cè)流體的溫度和納米流體實(shí)驗(yàn) 表 2 外 殼和螺旋盤管的詳細(xì)信息 螺旋線圈管殼的尺寸 3. 理論 /計(jì)算過(guò)程 內(nèi)部線圈的直徑 (m) 外部線圈的直徑 (m) 線圈高度 (m) 管內(nèi)徑 (m) 管外徑 (m) 線圈節(jié)距 (m) 線圈管長(zhǎng)度 (m) 匝數(shù) 殼高 (m) 6 10 (e) 外殼直徑 (m) . 實(shí)驗(yàn)過(guò)程 1％， ％和 2％重量）的 Al2O3， CuO和二氧化鈦納米流體，攪拌器速度為（ 500， 1000 和 1500轉(zhuǎn)）殼側(cè)流體的溫度（ 40， 45和 50℃ ） 。 外殼充滿了基液，超純水（去離子和去離子水（電導(dǎo)率 移動(dòng)供應(yīng)鏈管理），從密理博超純水系統(tǒng)）。攪拌器接通和速度被設(shè)定在一個(gè)特定的值（ 500， 1000 和 1500轉(zhuǎn)）。加熱器被切換到殼側(cè)流體加熱到所需的溫度（ 40， 45 和50℃ ）。泵轉(zhuǎn)換上，并通過(guò)水的流量螺旋線圈用轉(zhuǎn)子流量計(jì)設(shè)定在 LPM。訴殼程溫度使用保持不變溫度控制器和實(shí)驗(yàn)被允許在穩(wěn)定狀態(tài)下運(yùn)行（按不變殼側(cè)流體指示 溫度）。在穩(wěn)定狀態(tài)下，線圈側(cè)的流體的出口溫度（水）出。過(guò)線圈的水的流量增加至 1 LPM 和步驟（ ⅴ ）和（ vi）重復(fù)最多 5 LPM 中的 LPM 的增量 八。 在本研究中的熱傳遞，從在熱流體發(fā)生在攪拌容器中的螺旋線圈中流動(dòng)的冷水。 熱度轉(zhuǎn)移到線圈側(cè)的流體是等于由所獲得 的熱流體，它是由下式計(jì)算。熱交換器的有效性是由計(jì)算方程 數(shù)和雷諾數(shù) 4 , A. VenuVinod/化學(xué)工程與工藝 102(2021)1–8 納米流體 TiO2 Al2O3 CuO 不確定性分析通過(guò)在計(jì)算誤差進(jìn)行在溫度測(cè)量和流速（公式（ 6））。在不確定性從錯(cuò)誤中的質(zhì)量流量和溫度（表 3）的測(cè)定而得到的熱傳遞速率。 0 1 2 納米粒子的濃度 (% wt.) 圖 .2. 在 40℃ 時(shí)納米粒子的濃度對(duì)納米導(dǎo)熱系數(shù)的影響 4. 結(jié)果與討論 在實(shí)驗(yàn) 進(jìn)行出 兩個(gè)層 （ De1900 ）平 流和湍 流（ De2100），水（冷流體）通過(guò)螺旋線圈。不同的納米材料的效果，納米流體濃度，殼程流體溫度和攪拌在螺旋盤管換熱器的性能速度在傳熱率和熱交換器不同。從圖中可以觀察到，傳熱率隨著納米粒子濃度的增加電導(dǎo)率增加。對(duì)于的 CuO/水納米流體的 2％（重量）。、（ keff 測(cè)量了在相同溫度下的納米流體到基流體（水）熱導(dǎo)率的比率） [36]。粘度（米）和流體的密度（ r）的已在平均的被評(píng)估的入口和出口溫度的線圈側(cè)的流體。 熱傳輸速率（ Q）用公式計(jì)算。傳熱率以三個(gè)不同濃度的納米流體已示于圖 57 使用納米流體作為加熱介質(zhì)相比基液，水的傳熱速率。從圖可以看出使用納米流體 , A. VenuVinod/化學(xué)工程與工藝 102(2021)1–8 5 7000 6000 5000 4000 3000 2021 1000 0 TiO2 納米粉體 濃度 Water Al O 納米粉體 7000 6000 5000 4000 3000 2021 1000 0 2 3 濃度 Water % wt. % wt. 1% wt. % wt. % wt. 1% wt. % wt. 2% wt. % wt. 2% wt. 0 1000 2021 3000 4000 Dean 數(shù) 0 1000 2021 3000 4000 Dean 數(shù) Fig. 7. 二氧化鈦顆粒濃度對(duì)傳熱率的影響 .(殼側(cè)流體溫度 =50C,攪拌器速度 =1500rpm). 圖 .5. 氧化鋁顆粒濃度對(duì)傳熱率的影響 .(殼側(cè)流體溫度 =50C,攪拌器速度 =1500rpm). 8000 7000 6000 5000 是用來(lái)代替水時(shí)增長(zhǎng)率較大。傳熱率的增加與 Dean數(shù)的增加有關(guān)。當(dāng)在 濃度為 %的水 2%（重量）時(shí)可以觀察到有最大的增長(zhǎng)。 2% wt. 納米流體濃度 4000 3000 2021 1000 0 CuO 圖 6 和 7 示出了 CuO 的 /水和二氧化鈦得到的結(jié)果和 /水納米流體的區(qū)別。最大熱傳輸率提高為％，而氧化銅 /水 ％（圖 6）和 TiO 2/水（圖 7）納米流體分別對(duì)應(yīng) 2％（重量）。在其它的攪拌器速度和殼程流體的溫度，增強(qiáng)較低。在研究中發(fā)現(xiàn)這三個(gè)納米流體，銅 /水納米流體的傳熱率最好。 8000 7000 6000 5000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2021 1000 0 氧化銅納米顆粒濃度 攪拌速度 4000 Water % wt. % wt. 1% wt. 500 rpm 3000 2021 1000 0 1000 rpm 1500 rpm % wt. 2% wt. 0 1000 2021 Dean number 3000 4000 圖 . 9. 攪拌速度對(duì)傳熱率的影響 . (2% , 殼側(cè)流體溫度 =50C.) 0 1000 2021 Dean number 3000 4000 增加攪拌器轉(zhuǎn)速（ rpm）將獲得更大的傳熱率。C 45176。C 0 1000 2021 Dean number 3000 4000 0 1000 2021 3000 4000 Dean number 圖 .10. 殼側(cè)流體溫度對(duì)傳熱率的影響 .(2% 納米顆粒 , 攪拌器速度 =1500rpm). 圖 .12. CuO/水納米流體濃度對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響 .(殼側(cè)流體溫度 =50C,攪拌速度 =1500rpm). Al O 納米顆粒 濃度 TiO2 納米顆粒濃度 Water % wt. % wt. 1% wt. % wt. 2% wt. 1 2 3 Water 1 % wt. % wt. 1% wt. % wt. 2% wt. 0 1000 2021 3000 4000 0 1000 2021 3000 4000 Dean number Dean number 圖 .11. Al O /水納米流體的濃度對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響 . ( 殼側(cè)流體溫度 =50C,攪拌速度 =1500rpm). 3 圖 .13. TiO2/水納米流體的濃度對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響 . 殼側(cè)流體溫度 =50C,攪拌速度 =1500rpm). 這表明在殼側(cè)流體的溫度 的提高 相比 加大攪拌速度會(huì)有更大的傳熱率的的增加。對(duì)于給定的流體，有效性與減小增加冷流體的流動(dòng)速率（線圈側(cè)流體的 Dean 數(shù)），雖然轉(zhuǎn)移（ Q）的熱量更多（圖 511）。然而，加入納米顆粒的流體（水）增加造成更大的冷流體的出口溫度效