Influência de não

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 407 (2023) Citar este artigo

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O aprimoramento 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 escoado 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. Influências da intensidade magnética e velocidade do nanofluido na transferência de calor também são apresentadas. Algoritmo simples é usado 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 conseqüentemente, 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 nanofluido. Nossos resultados indicam que a transferência de calor no tubo com formato triangular é maior que nas outras configurações e seu desempenho é 15% maior que no tubo liso.

O gerenciamento do processo de transferência de calor é significativo para o desenvolvimento de sistemas e dispositivos industriais e de engenharia recentes1,2. Existem várias técnicas e materiais para isolamento que foram utilizados e apresentados nos últimos anos. Embora a redução da transferência de calor seja facilmente acessível usando isoladores, a melhoria da transferência de calor não é facilmente alcançável devido a limitações de 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 de calor eficiente tem motivado engenheiros mecânicos e pesquisadores a encontrar novas soluções e materiais que aumentem a transferência térmica em aplicações industriais5.

A aplicação de aletas é a abordagem mais convencional e amplamente utilizada devido à sua simplicidade e baixo custo. Nesta metodologia, a área de superfície 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 trabalhos 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. De fato, a existência de partículas de ferro dentro do fluido principal aumenta extensivamente devido às características de ferro da mistura de fluidos11. A adição de nanopartículas de ferro melhora a capacidade de calor e a condutividade térmica da mistura de fluidos e isso aumenta a eficiência da transferência de calor em trocadores de calor em aplicações reais12,13. Investigações teóricas da transferência de calor de nanofluidos têm sido amplamente realizadas para obter condições eficientes. Nas últimas décadas, o avanço da dinâmica de fluidos computacional permite que estudiosos modelem e simulem a modelagem de nanotransferência de calor em dispositivos industriais complexos e reais14,15. Essas pesquisas têm apresentado 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 via métodos de CFD com/sem nanopartículas16,17. Essas investigações revelaram vários aspectos do nanofluido em uso industrial18.

A aplicação do campo magnético também aumenta consideravelmente a transferência de calor do ferrofluido devido à força exercida sobre as partículas de Ferro do fluxo de nanofluido19,20. 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 mais não 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 obtido pela existência do fio com corrente AC/DC. Com a simplicidade e menor custo dos campos magnéticos não uniformes em aplicações industriais, este tópico é atraente na ciência da engenharia térmica21,22. As investigações experimentais dos campos magnéticos não uniformes têm se apresentado em pesquisas limitadas uma vez que a técnica de medição da transferência de calor nesta condição específica é uma tarefa árdua23,24,25,26. Ao contrário de campos magnéticos uniformes, a simulação da fonte magnética não uniforme requer alta habilidade para a implementação do termo fonte nas principais equações governantes no processo de modelagem27,28,29,30. Existem investigações limitadas que relataram o fluxo 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 exibido na Fig. 1.