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Nanofluid se considera el fluido de transferencia de calor del futuro en una variedad de aplicaciones de transferencia de calor. Un nanolíquido ofrece un mayor rendimiento térmico que los líquidos normales debido a las nanopartículas dispersas con alta conductividad térmica.
Un estudio reciente publicado en Scientific Reports tiene como objetivo mejorar las propiedades de transferencia de calor y la eficiencia térmica de los nanotubos de carbono de pared múltiple (MWCNT) y el dióxido de titanio (TiO).2) nanofluido usando una torre de enfriamiento de flujo cruzado a escala piloto.
Nanofluido: descripción general y desafíos
El nanofluido se clasifica como una dispersión estable con bajas concentraciones de nanopartículas en el rango de 1 a 100 nm en fluidos de trabajo como aceite, agua y glicol. La investigación reciente se ha centrado en mejorar la transferencia de calor de los nanofluidos en muchas aplicaciones, como B. Refrigeradores y congeladores, tecnología de fabricación, motores de combustión interna e instrumentos mecánicos.
Un nanofluido puede mejorar significativamente la transferencia de calor y las propiedades termofísicas, como la viscoelasticidad, el punto de inflamación, la capacidad calorífica y la velocidad de enfriamiento. Los metales, los óxidos metálicos y las nanoestructuras a base de carbono son algunos de los nanoaditivos utilizados en la fabricación de nanofluidos.
A pesar de sus propiedades sobresalientes, como tamaño pequeño, área de superficie grande y alta absorción de calor, estos materiales tienden a aglomerarse, especialmente en altas concentraciones. Por lo tanto, la producción de un nanofluido estable sigue siendo un gran desafío.
Mejora de las propiedades térmicas de un nanofluido
Muchas técnicas como Técnicas como la agitación ultrasónica, los enfoques de modificación de la superficie y la modificación del pH abordan el problema predominante de la ineficacia de los nanofluidos mediante el uso de nanopartículas. TiO2 Las nanopartículas se han utilizado ampliamente como nanoaditivos para aumentar la eficiencia térmica de los nanofluidos debido a sus propiedades únicas, como una buena estabilidad química y coloidal, respeto por el medio ambiente, capacidad para mejorar la transferencia de calor y tendencia a reducir la fricción.
Los MWCNT pueden mejorar significativamente las propiedades termofísicas de un nanofluido, ya que los MWCNT tienen una conductividad térmica cinco veces mayor que otros materiales comunes. Como resultado, la mayor conductividad térmica del nanofluido MWCNT proporciona una mejor eficiencia de transferencia de calor en los sistemas utilizados.
Un sistema de refrigeración para evaluar el rendimiento de los nanofluidos
Entre las tecnologías de enfriamiento clásicas, la torre de enfriamiento se ha utilizado en varias áreas donde existe la necesidad de eliminar el calor residual del proceso. Debido a la diferencia en el contenido de vapor entre las fases de agua y gas, la premisa básica de la torre de enfriamiento de agua requiere la interacción directa entre dos canales de flujo de humedad y aire no saturado.
Como resultado, el agua se evapora y se enfría, mientras que el aire se humedece y se calienta. La efectividad de una torre de enfriamiento está determinada por varios factores, incluido el caudal de agua, las características del fluido afluente y el comportamiento del sistema. El flujo de líquido en la torre de enfriamiento se divide en flujo cruzado, flujo paralelo y contraflujo.
Hasta ahora, la mayoría de los estudios de sistemas de enfriamiento se han centrado en mejorar la eficiencia de las torres de enfriamiento al considerar varios factores, como escenarios ambientales, elementos físicos y parámetros operativos. Sin embargo, los efectos del uso de nanopartículas como TiO2 Las nanopartículas, en la producción del fluido de trabajo de un sistema, no se comprenden completamente.
Además, la investigación anterior se ha centrado en las torres de enfriamiento de contraflujo, mientras que ninguno de estos estudios ha examinado las torres de flujo cruzado que usan TiO2 y nanofluidos MWCNTs.
Aspectos destacados del estudio actual
Este estudio creó dos nanofluidos a base de agua diferentes utilizando MWCNT y TiO2 nanopartículas. La influencia de la velocidad y la composición del fluido nanofluídico en la eficiencia de la torre de enfriamiento se evaluó utilizando una configuración experimental de Metodología de superficie de respuesta (RSM) basada en el diseño compuesto central (CCD).
Durante el estudio, la eficiencia, los números de Merkel y el rango de enfriamiento de MWCNT y TiO2 También se han estudiado los nanofluidos. Además, se mostró la optimización óptima y económica para varios parámetros. La investigación previa a mitad de camino de los investigadores sobre los efectos del uso de nanofluidos MWCNT se reanudó y completó en este estudio. Los resultados anteriores se analizaron con los datos actuales de TiO2 nano líquido.
Hallazgos importantes
Los resultados mostraron que los nanofluidos mejoraron significativamente la eficiencia de la torre de enfriamiento, especialmente a tasas de flujo más bajas. Además, los nanofluidos de MWCNT superaron al TiO2 Nanofluidos para potenciar las propiedades observadas.
El nanofluido de MWCNT mejoró la eficiencia de la torre de enfriamiento, el número de Merkel y el área de enfriamiento en un 10,2, 28 y 15,8 por ciento, respectivamente, mientras que TiO2 Nanofluid aumentó los mismos parámetros en un 4,1, 5 y 7,4 por ciento a la misma concentración.
Con base en estos resultados, es razonable concluir que los MWCNT y TiO2 Los nanofluidos desarrollados en este trabajo tienen un potencial notable para futuras aplicaciones de transferencia de calor debido a su conductividad térmica y capacidad de transferencia de calor superiores.
Referencia
Javadpour, R. et al. (2022). Optimización de las propiedades de transferencia de calor de MWCNT y TiO2 Nanofluidos a base de agua a través de una configuración a escala piloto recientemente desarrollada. Informes científicos. Disponible en: https://www.nature.com/articles/s41598-022-19196-3
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