Influência de não

Jun 21, 2023

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 407 (2023) Citar este artigo

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O aumento da taxa de transferência de calor dentro dos trocadores de calor de tubo duplo é significativo para aplicações industriais. No presente trabalho, o uso de campo magnético não uniforme na taxa de transferência de calor do fluxo de nanofluido transmitido dentro de trocadores de calor de tubo duplo é estudado de forma abrangente. A técnica computacional de CFD é utilizada para a visualização da hidrodinâmica do nanofluido na existência da fonte magnética. Também são apresentadas influências da intensidade magnética e da velocidade do nanofluido na transferência de calor. Algoritmo simples é utilizado para a modelagem do fluxo de nanofluido incompressível com adição de fonte magnética. Os resultados apresentados mostram que a fonte magnética intensifica a formação da circulação no vão do tubo interno e consequentemente, a transferência de calor é potencializada em nosso domínio. A comparação de diferentes geometrias de tubo revela que o tubo triangular é mais eficiente para melhorar a transferência de calor do fluxo de nanofluidos. Nossos resultados indicam que a transferência de calor no tubo com formato triangular é maior do que outras configurações e seu desempenho é 15% maior que o do tubo liso.

A gestão do processo de transferência de calor é significativa para o desenvolvimento de sistemas e dispositivos industriais e de engenharia recentes1,2. Existem diversas técnicas e materiais para isolamento que foram utilizados e apresentados nos últimos anos. Embora a redução da transferência de calor seja facilmente acessível através do uso de isoladores, a melhoria da transferência de calor não é facilmente alcançável devido às limitações dos materiais. Enquanto isso, a melhoria da transferência de calor é mais necessária em instrumentos e dispositivos industriais e de engenharia, ou seja, trocadores de calor e condensadores3,4. A importância da transferência eficiente de calor tem motivado engenheiros mecânicos e pesquisadores a encontrar novas soluções e materiais que aumentem a transferência térmica em aplicações industriais5.

A aplicação de aleta é a abordagem mais convencional e amplamente utilizada devido à sua simplicidade e baixo custo. Nesta metodologia, a área superficial de contato da fonte de calor com o exterior é aumentada pela adição de uma aleta adjacente a uma fonte de calor6,7. Embora vários artigos tenham investigado esta técnica para a taxa de transferência de calor, a eficiência da transferência de calor via aleta é limitada. Os efeitos de forma também são considerados um método antiquado para melhorar a transferência de calor8,9,10.

A principal revolução na transferência de calor é alcançada pela adição de nanopartículas ao fluido base. Na verdade, a existência de partículas de Ferro dentro do fluido principal aumenta extensivamente devido às características de Ferro da mistura de fluidos . A adição de Nanopartículas de Ferro melhora a capacidade térmica e a condutividade térmica da mistura de fluidos e aumenta a eficiência da transferência de calor em trocadores de calor em aplicações reais . Investigações teóricas da transferência de calor de nanofluidos têm sido amplamente realizadas para obter condições eficientes. Nas últimas décadas, o avanço na dinâmica de fluidos computacional permite aos estudiosos modelar e simular modelagem de nano transferência de calor em dispositivos industriais complexos e reais . Estas pesquisas apresentaram resultados significativos sobre o mecanismo de transferência de calor do fluido base com nanopartículas de Ferro em diferentes processos nos fenômenos de fusão e ebulição. Eles também investigaram materiais de mudança de fase PCM através de métodos CFD com/sem nanopartículas . Estas investigações revelaram vários aspectos do nanofluido em uso industrial .

A aplicação do campo magnético também aumenta consideravelmente a transferência de calor do ferrofluido devido à força exercida sobre as partículas de Ferro da corrente de nanofluido . Este tipo de problema é dividido principalmente em duas partes principais: campos magnéticos uniformes e não uniformes. Embora a eficiência do campo magnético uniforme seja menos uniforme, a produção do campo magnético uniforme é uma tarefa quase desafiadora e requer espaço suficiente. Além disso, seu custo é superior ao campo magnético não uniforme que é obtido pela existência do fio com corrente AC/DC. Com a simplicidade e o menor custo dos campos magnéticos não uniformes em aplicações industriais, este tema é atraente na ciência da engenharia térmica . As investigações experimentais dos campos magnéticos não uniformes têm sido apresentadas em pesquisas limitadas, uma vez que a técnica de medição da transferência de calor nesta condição específica é uma tarefa difícil23,24,25,26. Ao contrário de campos magnéticos uniformes, a simulação da fonte magnética não uniforme requer alta habilidade para a implementação do termo da fonte nas principais equações governantes no processo de modelagem . Existem investigações limitadas que relataram a corrente de ferrofluido na existência do campo magnético não uniforme. Neste estudo, a simulação do fluxo de água com nanopartículas é investigada na existência do campo magnético não homogêneo conforme mostrado na Figura 1.