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化学工程与工艺102(2016)1–8
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化学工程与工艺:
增强过程
期刊主页: /locate/cep
T.Srinivas,A.VenuVinod*
化学工程技术研究所，瓦朗加尔506004，印度
文章信息
文章历史:
收到 2015年10月10日
收到修订版 2016年1月8日 接收 2016年1月11日 可在线2016年1月14日 关键字: Dean 数 增强 传热率 螺旋形线圈 纳米流体
ã2016ElvierB.V.Allrightsrerved.
1.引言
* 作者通讯地址.
E-mail address: ****************(A. VenuVinod).
dx.doi/10.p.2016.01.005 0255-2701/ã2016Elvier B.V. All rights rerved. 采用水性纳米流体在壳侧和螺旋管换热器的传热强化
摘要
纳米流体已被报道为能够加强热的交换。外壳和螺旋盘管换热器的性能已经使用三个水性纳米流体实验验证。（氧化铝，氧化铜和二氧化钛）。这些研究是在不同浓度的纳米流体，以及纳米流体的温度，搅拌速度和线圈侧的流体溢流率进行的。三种纳米
艺考培训哪家好流体的浓度为0.3，0.6，1，按重量计 1.5至2％的制备。使用十六烷基三甲基溴（CTAB ）用作稳定剂。纳米流体作为加热介质（外壳侧）和水作为线圈侧的流体。结果发现，在纳米流体浓度的增加以及热传递速率增加，纳米流体浓度，搅拌速度和壳侧的值越高，热交换器有越高的效率。当与水进行对比时发现Al2O3，CuO 和纳米TiO2 /纳米水的浓度在30.37％，32.7％和26.8％时有最大增加率。
热交换器的传热可用主动，被动和复合热转移技术实现。该活跃的技术需要外部力量，例如，电动场，表面振动等的无源技术需要流体的添加剂（例如，纳米颗粒），或特殊的表面几何形状（例如，螺旋线圈）。在传统增强技术中广泛使用的是内部与外部弯管技术，绞磁带刀片，卷曲丝插入，螺旋弯管和流体添加剂。螺旋形的盘管在许多工程应用中，例如用于采暖，制冷和暖通空调系统[1-3]。由于每单位体积的表面积大，螺旋盘管可用在蒸汽发生器，核反应堆和冷凝器也可用于在电厂。许多研究人员实验研究热在转移螺旋盘管换热器[4-9]。他们报道从弯管所得到的传热系数比从直管得到的那些更高。
Wongwis 与 Polsongkram [10]已经研究出了在一个光滑的螺旋同心圆中的制冷剂HFC-134a 压降与热交换系数。
他们报告说 HFC-134a 的热转换系数平均值随着质量通量，热通量和饱和度的提高而增加。Naphon[11]实验调查螺旋盘管换热的热性能换热器，是由十三为同心螺旋的盘管和非螺旋形卷组成。
他报告说，冷水出口温度，换热器转换率和平均传热速率与热水质量流率的增加而增加。螺旋混合对流换热盘管换热器的实验研究是由格尔巴尼[12]等完成的。他们发现，线圈间距增加时，该对流换热壳侧的系数增加，热的总传热系数增加与传热率增加。
陈等人[13]研究了传热系数和在低螺旋状盘绕管壁温度分布质量通量和低压条件下的关系。人们发现，壁间温度和传热系数随着质量通量，蒸汽质量和热通量增加而增加。Moawed[14]研究了从外侧面强制对流与恒定的墙体通量螺旋盘管的关系。观察到平均努塞尔数与增加而增加直径比和间距比的关系。
文献中已经发现有一个具有较高增加热传递速率导热系数的水基流体[15,16]。许多研究人员经行了传热连续溢流纳米的壳侧流体的实验。
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2 T.Srinivas, A. VenuVinod/化学工程与工艺102(2016)1–8
命名法
C p 比热容 (kJ/kg C)
d 线圈管的直径 (m)
De Dean 数
m Q 质量流量 (kg/s) 传热率 (W)
R c 线圈的曲率半径
Re 雷诺数
T 温度 (K)
v 过线圈的流体的速度(m/s)
Wt 重量
2. 材料和方法
希腊符号
2.1.纳米流体的制备
e 热交换器的有效性
m 粘性 (kg/ms)
密度 (kg/m3)
r
下标
BF ci co i 基流体
线圈侧的流体入口线圈侧的流体出口入口
max 最大值
NF o 纳米流体出口
s 壳侧流体
2.2. 实验装置
2.3. 实验研究
表1
纳米颗粒的细节
S.No. 纳米粒子生产厂家尺寸 (nm)
1 2 3 Al O3
CuO
TiO2
SiscoRearch Laboratories Pvt.,Ltd.,India 20–30
2
SiscoRearch Laboratories Pvt.,Ltd.,India教师节 手抄报
MKnano, USA
40
10
在研究中，没有使用连续溢流壳
的。进一步，使用搅拌器促进线
传热器的传热性能是由纳米流体
化钛/水纳米以及在壳侧和线圈侧
沮丧是什么意思
度和搅拌速度对于Dean数值的
和50℃）搅拌速度（500,1000
的。
在水中制备纳米颗粒悬浮液是
小学语文教学故事第一步。在这个研究中，氧化铝
米流体需要单独准备。分散纳米
化铝，CuO和TiO 2纳米颗粒的
体增加了添加表面活性剂（
（CTAB）的1％重量的纳米颗粒
有影响刀纳米流体的属性。一个
等观察到为了打破大团块，使用
UP200H）在200瓦和24千赫用
水的纳米粒子，得到所需的纳米
的纳米颗粒浓度的纳米流体（0
2％（重量））为准备测量纳米
氧化铝，氧化铜和纳米TiO2 /纳
能分析。
集约化由于不同类型的纳米粒子，如金属颗粒（银，金，铜，和Fe）[17-20]。非金属粒子（氧化铝，氧化铜，四氧化三铁，二氧化硅，二氧化钛和氧化锆）[21-27]。
Kannadasan等。[28]实验研究的效果在具有螺旋状盘绕管热交换器铜/水纳米流体动荡，水平和垂直位置的条件下。该实验结果表明，在水平处比垂直位置有更强的传热。他们还报告该增加在湍流条件下颗粒体积浓度，纳米流体的摩擦系数也在增加。Jamal-Abad等。[29]通过实验调查了采用铜/水和铝螺旋盘管换热器的性能/水纳米流体。人们发现，最大增强是在 4.27 到 2.23％体积的铜/水纳米流体。热性能的因素是Nuslt数的比率比（NuNF/NuBF），以在相同的摩擦系数比（FNF / FBF）泵功率。Jamshidi等。[30]具有实验调查壳螺旋管热性能通过改变线圈的直径和节距热交换器。其实验结果表明，传热率提高与增加的线圈直径，线圈节距以及质量流率。Kahani等。[31]通过实验调查了传热与金属氧化物纳米流体（氧化铝/水和二氧化钛的行为/水）流经均匀的热通量螺旋盘管边界条件。他们报告说，最大热性能因子被发现是3.82为1.0％（体积）。浓度通过螺旋盘管换热的Al2O3 /水纳米流体器。 Khairul等。 [32]已经调查了性能使用螺旋盘绕热交换器的不同类型的纳米流体（氧化铜/水，氧化铝/水和ZnO /水）。他们的实验结果表明，最大的增强传递系数为4％（体积）7.14％。的的CuO /水。目前还没有文献许多研究涉及在外壳和螺旋盘管换热器壳侧纳米流体。在文献上面提到，研究人员[12,30]已经
图1显示了实验设置在图中目寸和外壳在表2给出。外壳是绝度用温度控制器保持恒定。两个热该壳侧
流体，使用PT-100型用轴流式涡轮机式搅拌器（品号：RQ-121/ D）壳侧流体（ⅰ）体（水）通过强制对流和（ii）过线圈流动的水的速度用转子流定。的设立提供用数据采集系统水流经线圈，热从壳侧流体传递
研究是在水（基液）中进行的，的流动速率（0.5-5 LPM），以0.6％，
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图.1. 实验装置示意图 [36].
九。 重复进行搅拌器的速度壳侧流体的温度和纳米流体实验
表2
外壳和螺旋盘管的详细信息
螺旋线圈管壳的尺寸
3. 理论/计算过程 内部线圈的直径 (m) 外部线圈的直径 (m) 线圈高度(m) 管内径 (m) 管外径 (m) 线圈
节距 (m) 线圈管长度(m) 匝数 壳高(m) 0.165 0.190 0.305 0.00982 0.01262 0.0325 6 10 0.42 0.275
3.1.换热器效率 (e )
外壳直径(m)
2.4. 实验过程
樱花的英文1％，1.5％和2％重量）的Al2O3，CuO 和二氧化
钛纳米流体，搅拌器速度为（500，1000和1500转）壳侧流体的温度（40，45和50℃）。
一。外壳充满了基液，超纯水（去离子和去离子水（电导率<0.056移动供应链管理），从密理博超纯水系统）。二。搅
拌器接通和速度被设定在一个特定的值（500，1000和1500转）。
三。加热器被切换到壳侧流体加热到所需的温度（40，45和50℃）。
悲惨世界原声四。泵转换上，并通过水的流量螺旋线圈用转子流量计设定在0.5 LPM 。
五。诉壳程温度使用保持不变温度控制器和实验被允许在稳定状态下运行（按不变壳侧流体指示 温度）。
六。在稳定状态下，线圈侧的流体的出口温度（水）出。 七。过线圈的水的流量增加至1 LPM 和步骤（ⅴ）和（vi ）重复最多5 LPM 中的0.5 LPM 的增量
在本研究中的热传递，从在热流体发生在搅拌容器中的螺旋线圈中流动的冷水。该线圈侧的流体（水）的热物理性能在
进口和出口的平均温度进行了计算。 热度转移到线圈侧的流
体是等于由所获得的热流体，它是由下式计算。
其中m_ =质量流量中，Cp=比热，TCI=线圈侧的流体入口温度，Tco 的=线圈侧的流体出口温度，DT=温度差=（TCO-TCI ），在Ts=壳侧流体温度的热交换器的效率被定义为比实际的热传递速率，以最大可能的热量传输速率。热交换器的有效性是由计算方程
3.1.Dean 数和雷诺数
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0.72
0.70
0.68
0.66
0.64
0.62
纳米流体
TiO2 Al2O3 CuO
3.3.不确定性分析
不确定性分析通过在计算误差进行在温度测量和流速（公式（6））。接着，不确定度进行了分析[35]。
在不确定性从错误中的质量流量和温度（表3）的测定而得到的热传递速率。该在传热率不确定性是1％以内。
0.5 1
1.5 2
纳米粒子的浓度(% wt.)
图.2. 在40℃时纳米粒子的浓度对纳米导热系数的影响
4. 结果与讨论
在实验进行出两个层（De<1900）平流和湍流（De>2100），水（冷流体）通过螺旋线圈。超纯水，随后纳米流体被用作上壳侧热流体。不同的纳米材料的效果，纳米流体浓度，壳程流体温度和搅拌在螺旋盘管换热器的性能速度在传热率和热交换器不同。
0.74
Nanofluid
0.72 0.7
TiO2 Al2O3 CuO
4.1.纳米流体的导热系数
0.68 0.66 0.64 0.62
0.5 1
1.5
2
纳米粒子的浓度(% wt.)
图.3. 在45℃时纳米粒子的浓度对纳米导热系数的影响
4.2. 传热率 (Q)
0.76 Nanofluid
TiO2
0.74 Al2O3 CuO
0.72 0.7
0.68 0.66 0.64 0.62
表3
仪器精确度与不确定性.
准确性
测量不确定度 传热率 (Q) <1%
0.5
1
1.5
2
KD2专业热性能分析仪 转子流量计 5% 2% 纳米粒子的浓度(% wt.)
数据采集系统
0.3%
图.4. 在50℃时纳米粒子的浓度对纳米导热系数的影响
图2–4显示热导率的变化（氧化铝，CuO 和二氧化钛/水纳米流体）与纳米粒子的浓度在不同的温度（40（0.3，0.6，1,1.5和2（重量）％），45和50℃）。从图中可以观察到，传热率随着纳米粒子浓度的增加电导率增加。在这三种纳米流体，热传导率最高的是CuO/水。对于的CuO/水纳米流体的2％（重量）。 （在研究中所用的最高浓度），热导率（k ）的增加10.2％相比，基流体在50℃。、（keff 测量了在相同温度下的纳米流体到基流体（水）热导率的比率）[36]。 di 是线圈管的内径中，R c 是曲率半径通过线圈的流体的线圈和v 速度。粘度（米）和流体的密度（r ）的已在平均的被评估的入口和出口温度的线圈侧的流体。
在目前研究的热传递中，在热流体流过壳侧与线圈的冷流体。
热传输速率（Q ）用公式计算。 （1）。传热率以三个不同浓度的纳米流体已示于图5-7使用纳米流体作为加热介质相比基液，水的传热速率。示出影响Dean 数的传热速率（Q ）的影响不同浓度的Al2O3/水纳米流体，壳侧流体温度为50℃和搅拌速度为1500rpm 。从图可以看出使用纳米流体
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7000 6000 5000 4000 3000 2000
1000
0 TiO 2 纳米粉体 浓度
Water
Al O 纳米粉体 7000 6000 5000 4000 3000 2000
1000
2 3 浓度
Water 0.3% wt. 0.6% wt. 1% wt. 0.3% wt. 0.6% wt. 1% wt. 1.5% wt. 2% wt.
1.5% wt. 2% wt.
0 1000 2000 3000 4000
Dean 数
1000
2000 3000
4000
Dean 数ill什么意思
Fig. 7. 二氧化钛颗粒浓度对传热率的影响.(壳侧流体温度=50C，搅拌器速度=1500rpm).
图.5. 氧化铝颗粒浓度对传热率的影响.(壳侧流体温度=50C，搅拌器速度=1500rpm).
8000 7000 6000 5000 是用来代替水时增长率较大。在低流速，即在层流状态（De<1900），增强较
少。传热率的增加与Dean 数的增加有关。另外，可以观察到，热传递率（Q ）的增加与氧化铝/水纳米流体的浓度的增加相关。当在浓度为30.4%的水2%（重量）时可以观察到有最大的增长。这可以归因于加入了能够增强热传导的纳米粒子。
2% wt. 纳米流体浓度
4000 3000 2000
1000
0 CuO 图6和7示出了CuO 的/水和二氧化钛得到的结果和/水纳米流体的区别。在这两个图中，一个趋势类似于该氧化
唯心史观
铝/水纳米流体的可被观察到。最大热传输率提高为32.7％，而氧化铜/水26.8％（图6）和TiO 2/水（图7）纳
米流体分别对应2％（重量）。纳米流体的。在其它的搅拌器速度和壳程流体的温度，增强较低。
Al2O3 TiO2
2 3
1000
2000 Dean 数
3000
4000
图.8. 三个纳米流体的传热率的变化.( 壳侧流体温度=50C，搅拌器速度=1500rpm).
图8示出三个纳米流体（氧化铝，氧化铜和纳米TiO2 /
水），在2％重量的最大浓度传热率的比较。在研究中发现这三个纳米流体，铜/水纳米流体的传热率最好。图9和10表示搅拌速度的效果和2％（重量）的热传递率壳侧流体的温度。
8000 7000 6000
5000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 氧化铜纳米颗粒浓度
职称英语考试大纲搅拌速度
4000 Water 0.3% wt. 0.6% wt. 1% wt. 500 rpm 3000 2000 1000
0 1000 rpm 1500 rpm
dg是什么
1.5% wt. 2% wt.
1000
2000 Dean number
3000
4000
图. 9. 搅拌速度对传热率的影响. (2% wt.氧化铜纳米颗粒, 壳侧流体温度=50C.)
1000
2000 Dean number
3000 4000
增加搅拌器转速（rpm ）将获得更大的传热率。搅拌速度从500增加到1500rpm 时传热率增加了11.3％，而当壳侧流体温度从40℃增加至50 C 时，传热率提高了64.3％，
图. 6. 氧化铜颗粒浓度对传热率的影响.(壳侧流体温度=50C，搅拌器速度=1500rpm).
