Pesquisa Experimental sobre Estabilidade e Convecção Natural de Nanofluido de TiO2-Água em Compartimentos com Diferentes Ângulos de Rotação

Resumo

A estabilidade e as características de transferência de calor por convecção natural do TiO ₂ - nanofluido de água em compartimentos com diferentes ângulos de rotação ( α =−45 °, α =0 °, α =45 ° e α =90 °) são investigados experimentalmente. Os efeitos de diferentes valores de pH e doses ( m ) do agente dispersante na estabilidade do TiO ₂ - nanofluido de água são investigados. Verificou-se que TiO ₂ - nanofluido de água com m =6% em peso e pH =8 tem a transmitância mais baixa e tem a melhor estabilidade. Os efeitos de diferentes ângulos de rotação ( α =−45 °, α =0 °, α =45 ° e α =90 °), frações de massa de nanopartículas (% em peso =0,1%,% em peso =0,3% e% em peso =0,5%) e poderes de aquecimento ( Q =1 W, Q =5 W, Q =10 W, Q =15 W e Q =20 W) nas características de transferência de calor por convecção natural também são estudadas. Verifica-se que o invólucro com ângulo de rotação α =0 ° possui o maior número de Nusselt, seguido do invólucro com ângulos de rotação α =45 ° e α =90 °, o recinto com ângulo de rotação α =−45 ° tem o menor número de Nusselt. Também foi descoberto que o desempenho de transferência de calor por convecção natural aumenta com a fração de massa das nanopartículas e a potência de aquecimento, mas a taxa de aprimoramento diminui com a potência de aquecimento.

Histórico

Uma vez que o nanofluido é preparado, devido às suas excelentes propriedades de condução de calor [1,2,3], o nanofluido é amplamente aplicado no campo de transferência de calor [4,5,6], especialmente no campo de convecção natural [7,8,9].

As características de transferência de calor por convecção natural do nanofluido são numericamente investigadas por muitos pesquisadores. He et al. [10, 11] aplicou os métodos de rede de Boltzmann monofásico e bifásico para estudar numericamente a transferência de calor por convecção natural de Al ₂ O ₃ - nanofluido de água em uma cavidade quadrada, respectivamente. Sheikholeslami et al. [12] investigaram as características de transferência de calor por convecção natural magnetohidrodinâmica de um invólucro cilíndrico horizontal com um cilindro triangular interno preenchido com Al ₂ O ₃ nanofluido de água por um método de simulação de Boltzmann em rede. Uddin et al. [13] estudaram a transferência de calor por convecção natural de vários nanofluidos ao longo de uma placa vertical embutida em meio poroso com base no modelo de Darcy-Forchheimer. Meng et al. [14] investigou numericamente a convecção natural de um cilindro horizontal preenchido com Al ₂ O ₃ - nanofluido de água. Ahmed et al. [15] usaram um método de rede bifásica de Boltzmann para estudar a convecção natural do nanofluido CuO-água em um recinto inclinado. Qi et al. [16] simulou numericamente a convecção natural do nanofluido Cu-Ga em um invólucro.

Além das simulações numéricas acima sobre a convecção natural de nanofluido, os estudos experimentais sobre convecção natural de nanofluido são feitos por cada vez mais pesquisadores. Li et al. [17] investigaram experimentalmente a transferência de calor por convecção natural de nanofluido de ZnO-EG / água. Hu et al. [18, 19] estudaram experimentalmente o aumento da transferência de calor por convecção natural de um invólucro quadrado preenchido com TiO ₂ -água e Al ₂ O ₃ - nanofluidos de água, respectivamente. Ho et al. [20] estudaram experimentalmente a transferência de calor por convecção natural de invólucros quadrados verticais com tamanhos diferentes preenchidos com Al ₂ O ₃ - nanofluido de água. Heris et al. [21,22,23] investigaram experimentalmente as características de transferência de calor por convecção de diferentes tipos de nanofluido (Cu / água, Al ₂ O ₃ -água e CuO-água) em tubos circulares, respectivamente. Mansour et al. [24] investigou experimentalmente a convecção mista de um tubo inclinado preenchido com Al ₂ O ₃ - nanofluido de água. Chang et al. [25] investigou experimentalmente a convecção natural de Al ₂ O ₃ - nanofluido de água em compartimentos finos. Wen et al. [26, 27] investigaram experimentalmente as características de transferência de calor por convecção do Al ₂ O ₃ - nanofluidos de água e TiO ₂ - nanofluidos de água em condições de fluxo laminar, respectivamente. Xuan et al. [28] estudaram experimentalmente a transferência de calor por convecção de nanofluido Cu-água em um tubo de latão reto.

As literaturas acima deram uma grande contribuição nas características de transferência de calor por convecção natural do nanofluido. No entanto, o aumento da transferência de calor por convecção natural de invólucros com diferentes ângulos de rotação preenchidos com nanofluido é necessário para ser investigado mais profundamente. Conseqüentemente, a estabilidade e as características de transferência de calor por convecção natural do TiO ₂ - nanofluido de água em compartimentos com diferentes ângulos de rotação ( α =−45 °, α =0 °, α =45 ° e α =90 °) são investigados experimentalmente neste artigo.

Método

Preparação do nanofluido e sua estabilidade

TiO ₂ é escolhido como as nanopartículas. A Figura 1 apresenta as imagens SEM, TEM e XRD do TiO ₂ nanopartículas em diferentes tempos de ampliação. Pode-se constatar que a partir das imagens de SEM as nanopartículas facilmente se reúnem, sendo necessário tomar algumas medidas para preparar os nanofluidos estáveis. Também pode ser descoberto que a partir de imagens TEM que o tamanho da partícula é de cerca de 10 nm, e as formas das nanopartículas são planas. Nanopartículas planas têm uma área de transferência de calor maior do que as nanopartículas esféricas na mesma fração de massa, o que é vantajoso para aumentar a transferência de calor. A Figura 1g mostra os padrões de XRD do TTP-A10 TiO ₂ Nano-partícula. Como observado, os picos fortes e agudos sugerem que o TTP-A10 TiO ₂ amostra de nanopartículas é altamente cristalina. O tamanho médio de partícula da amostra pode ser calculado pela equação de Scherrer apresentada na Eq. (1). O TiO ₂ os tamanhos das nanopartículas são 6, 9, 14, 20 e 35 nm calculados por esses valores de pico de difração (111, 200, 021, 202 e 311), e os menores tamanhos de nanopartículas são cerca de 6 e 9 nm com base nos valores de pico de difração (111 e 200). Os grandes tamanhos de nanopartículas podem ser causados pela agregação de nanopartículas. Os menores valores (6 e 9 nm) podem ser os tamanhos reais das nanopartículas, o tamanho de algumas nanopartículas pode ser 6 nm e a maioria dos tamanhos das nanopartículas pode ser de cerca de 9 nm, que estão mais próximos da descrição fornecida pelo fabricante ( 10 nm) e as imagens TEM (10 nm).
$$ {D} _ {\ mathrm {c}} =\ frac {k \ lambda} {\ beta \ cdot \ cos \ theta} $$ (1)
onde k é o valor do fator de forma, e k =0,9; λ é o comprimento de onda do raio X; e β é a linha que amplia a largura total na metade do máximo (FWHM) da altura do pico em radianos, e θ é o ângulo de difração de Bragg.

Morfologia de nanopartículas. Imagens SEM, TEM e XRD de TiO ₂ nanopartículas em diferentes tempos de ampliação. a SEM × 20.000. b SEM × 50000. c SEM × 100000. d TEM

20 nm. e TEM

50 nm. f TEM

100 nm. g XRD

TiO ₂ - nanofluido de água com diferentes frações de massa de nanopartículas (% em peso =0,1%,% em peso =0,3% e% em peso =0,5%) é preparado pelo método de duas etapas, que é mostrado na Fig. 2. O tempo de agitação mecânica é metade uma hora para cada uma das subetapas, e o tempo de sonicação é de 40 min. A Tabela 1 mostra as informações de alguns materiais e equipamentos na preparação de nanofluidos. A Figura 3 mostra o TiO ₂ - nanofluido de água antes do assentamento e após 72 h. Pode-se observar que há pouca deposição de nanopartículas no tubo de ensaio e o nanofluido preparado neste trabalho apresenta uma boa estabilidade.

Preparação de nanofluidos. Procedimento de preparação do TiO ₂ - nanofluidos de água por um método de duas etapas

Observação de estabilidade do TiO ₂ - nanofluido de água. TiO ₂ - nanofluido de água em momentos diferentes. a Antes de colocar. b Após 72 h

Além do estudo sobre se há deposição de nanopartículas no tubo de ensaio, os efeitos da transmitância ( τ ) de nanofluido sobre sua estabilidade também são discutidos. A Figura 4 fornece a transmitância ( τ ) mudanças de TiO ₂ - nanofluido de água (% em peso =0,5%) com diferentes valores de pH e doses ( m ) do agente dispersante. A transmitância é medida por um espectrofotômetro de ultravioleta visível (UV-1800 (PC)). Como sabemos, se as nanopartículas se distribuem uniformemente na água, as nanopartículas refletirão mais luz e terão uma alta refletância (baixa transmitância). Portanto, a estabilidade do nanofluido é inversamente proporcional à transmitância, e o nanofluido estável tem uma transmitância baixa. Pode ser verificado na Fig. 4 que o nanofluido com m =6% em peso e pH =8 tem a transmitância mais baixa e tem a melhor estabilidade. Os nanofluidos com diferentes frações de massa de nanopartículas neste experimento são preparados em m =6% em peso e pH =8, o que pode garantir a estabilidade dos nanofluidos.

Transmitância de TiO ₂ - nanofluido de água. Transmitância ( τ ) mudanças de TiO ₂ - nanofluido de água (% em peso =0,5%) sob diferentes valores de pH com o tempo ( h ) em doses diferentes ( m ) do agente dispersante. a m =5% em peso. b m =6% em peso. c m =7% em peso. d m =8% em peso

Sistema Experimental

A Figura 5 mostra os diagramas esquemáticos dos três conjuntos experimentais. Os tamanhos dos três compartimentos retangulares são 10 cm (largura) × 20 cm (altura), 5 cm (largura) × 20 cm (altura) e 20 cm (largura) × 20 cm (altura). A largura e a altura são definidas como W e H , respectivamente, e a proporção ( A ) do gabinete é definido como A =W / H . A parede esquerda (placa de cobre) do gabinete é aquecida por uma placa de aquecimento de silicone conectada a uma fonte de alimentação CC. A parede direita (placa de cobre) do gabinete é resfriada pela água de resfriamento em uma pequena cavidade (o material também é cobre) conectada a um banho-maria de temperatura constante. As temperaturas dos dois lados do invólucro são obtidas por seis termopares conectados a um instrumento de aquisição de dados (Agilent 34972A). A camada externa de isolamento é usada para evitar a perda de calor.

Diagramas esquemáticos de conjuntos experimentais. Diagramas esquemáticos de três conjuntos experimentais de proporção de aspecto diferentes. a A =1:2. b A =1:4. c A =1:1

As características de transferência de calor por convecção natural dos dois gabinetes com diferentes ângulos de rotação ( α =−45 °, α =0 °, α =45 ° e α =90 °) preenchido com TiO ₂ - nanofluidos de água são investigados neste artigo. Para o recinto com α =−90 °, a parede superior é a parede quente e a parede inferior é a parede fria, e a transferência de calor no gabinete é principalmente por condução de calor. No entanto, o manuscrito investiga principalmente a transferência de calor por convecção natural de nanofluido no invólucro, portanto, o invólucro com α =−90 ° não é considerado neste manuscrito. A Figura 6 mostra o diagrama esquemático de gabinetes com diferentes ângulos de rotação.

Diagrama esquemático dos ângulos de rotação. Diagrama esquemático dos gabinetes com quatro ângulos de rotação diferentes. a α =−45 °. b α =0 °. c α =45 °. d α =90 °

Processamento de dados

O poder Q fornecido pela folha de aquecimento de silicone é o seguinte:
$$ Q =\ mathrm {U} \ mathrm {I} $$ (2)
onde U e eu são a tensão e a eletricidade da alimentação CC, respectivamente.

O poder efetivo Q _net é o seguinte:
$$ {Q} _ {\ mathrm {net}} =Q- {Q} _ {\ mathrm {perda}} $$ (3)
onde Q _perda é a perda de calor medida por um medidor de fluxo de calor.

A temperatura do lado da placa de cobre próximo à placa de aquecimento de silicone \ ({T} _ {\ mathrm {H}} ^ {*} \) é a seguinte:
$$ {T} _ {\ mathrm {H}} ^ {*} =\ frac {\ left ({T} _1 + {T} _2 + \ cdot \ cdot \ cdot + {T} _6 \ right)} {6} $$ (4)
onde T ₁ , T ₂ ,…, T ₆ são as temperaturas dos termopares.

A temperatura do lado da placa de cobre (lado esquerdo do invólucro) próximo ao nanofluido T _H é o seguinte:
$$ {T} _ {\ mathrm {H}} ={T _ {\ mathrm {H}}} ^ {*} - \ frac {Q _ {\ mathrm {net}} \ delta} {A {\ lambda} _ {\ mathrm {w}}} $$ (5)
onde δ =0,005m é a espessura da placa de cobre, A é a área da placa de cobre, λ _w é a condutividade térmica da placa de cobre.

A temperatura do lado da placa de cobre (lado direito do invólucro) próximo à camada de isolamento T _C ^∗ é o seguinte:
$$ {T} _ {\ mathrm {C}} ^ {*} =\ frac {\ left ({T} _7 + {T} _8 + \ cdot \ cdot \ cdot + {T} _ {12} \ right)} {6} $$ (6)
onde T ₇ , T ₈ ,…, T ₁₂ são as temperaturas dos termopares no lado direito do gabinete.

Quando o estado de equilíbrio térmico é alcançado, a temperatura da água de resfriamento é igual à temperatura do lado da placa de cobre próximo à água de resfriamento. A temperatura do lado da placa de cobre (lado direito do invólucro) próximo ao nanofluido T _C pode ser calculado da seguinte forma:
$$ {T} _ {\ mathrm {C}} ={T _ {\ mathrm {C}}} ^ {\ ast} - \ frac {2 {Q} _ {\ mathrm {net}} \ delta} {A {\ lambda} _w} $$ (7)
A temperatura qualitativa T _m é definido da seguinte forma:
$$ {T} _ {\ mathrm {m}} =\ frac {T _ {\ mathrm {H}} + {T} _ {\ mathrm {C}}} {2} $$ (8)
O coeficiente de transferência de calor convectivo h é o seguinte:
$$ h =\ frac {Q _ {\ mathrm {net}}} {A \ left ({T} _ {\ mathrm {H}} \ hbox {-} {T} _ {\ mathrm {C}} \ right )} $$ (9)
O número de Nusselt é definido da seguinte forma:
$$ \ mathrm {Nu} =\ frac {h \ cdot W} {\ lambda _ {\ mathrm {f}}} $$ (10)
onde λ _f é a condutividade térmica do fluido no invólucro.

Análise de incerteza

A fórmula de transferência de erro do coeficiente de transferência de calor por convecção é a seguinte [19]:
$$ \ begin {array} {l} \ frac {\ varDelta h} {h} =\ left | \ frac {\ partial \ ln h} {\ partial {Q} _ {net}} \ right | \ varDelta { Q} _ {{} _ {net}} + \ left | \ frac {\ partial \ ln h} {\ partial A} \ right | \ varDelta A + \ left | \ frac {\ partial \ ln h} {\ partial \ left ({T} _ {\ mathrm {H}} - {T} _ {\ mathrm {C}} \ right)} \ right | \ varDelta \ left ({T} _ {\ mathrm {H}} - {T} _ {\ mathrm {C}} \ right) =\\ {} \ frac {\ varDelta {Q} _ {net}} {Q_ {net}} + \ frac {\ varDelta A} {A} + \ frac {\ varDelta \ left ({T} _ {\ mathrm {H}} - {T} _ {\ mathrm {C}} \ right)} {\ left ({T} _ {\ mathrm {H}} - {T} _ {\ mathrm {C}} \ right)} \ end {array} $$ (11)
A fórmula de transferência de erro do número de Nusselt é a seguinte [19]:
$$ \ begin {array} {l} \ frac {\ varDelta \ mathrm {Nu}} {\ mathrm {Nu}} =\ left | \ frac {\ partial \ mathrm {lnNu}} {\ partial h} \ right | \ varDelta h + \ left | \ frac {\ partial \ mathrm {lnNu}} {\ partial W} \ right | \ varDelta W + \ left | \ frac {\ partial \ mathrm {lnNu}} {\ partial {\ lambda} _ {\ mathrm {f}}} \ right | \ varDelta {\ lambda} _ {\ mathrm {f}} =\\ {} \ frac {\ varDelta h} {h} + \ frac {\ varDelta W} { W} + \ frac {\ varDelta {\ lambda} _ {\ mathrm {f}}} {\ lambda _ {\ mathrm {f}}} \ end {array} $$ (12)
Com base nas Eqs. (10) e (11), os erros do coeficiente de transferência de calor por convecção e do número de Nusselt são 5,65 e 6,34%, respectivamente, neste experimento. Pode-se constatar que os erros dos conjuntos experimentais são pequenos, o que pode garantir a confiabilidade e precisão dos resultados experimentais.

Resultados e discussões

Validação da experiência

Antes do estudo do nanofluido, é necessária a validação do experimento. A Figura 7 mostra a comparação dos números de Nusselt entre os resultados experimentais de água e os resultados de literaturas publicadas para anexos com A =1:2, A =1:4 e A =1:1. Os erros máximos para gabinetes com A =1:2, A =1:4 e A =1:1 são 8,4, 9,5 e 8,1%, respectivamente. Pode-se constatar que os resultados experimentais apresentam uma boa concordância com os resultados da literatura publicada [20, 29], o que verifica a precisão e confiabilidade do sistema experimental.

Validação do conjunto de experimentos. Comparação dos números de Nusselt entre os resultados experimentais e as literaturas publicadas em anexos com duas relações de aspecto diferentes. a A =1:2. b A =1:4. c A =1:1

Gabinete com A =1:2

Os efeitos dos ângulos de rotação nas características de transferência de calor por convecção natural do TiO ₂ nanofluido de água são discutidos neste artigo. A Figura 8 apresenta as mudanças dos números médios de Nusselt com os ângulos de rotação do recinto com A =1:2. Pode-se verificar na Fig. 8 que os números de Nusselt primeiro aumentam e depois diminuem com os ângulos de rotação. O recinto com ângulo de rotação α =0 ° tem o maior número de Nusselt seguido pelo recinto com ângulos de rotação α =45 ° e α =90 °, o recinto com ângulo de rotação α =−45 ° tem o menor número de Nusselt. A condução de calor passa a desempenhar um papel cada vez mais importante quando o ângulo de rotação diminui ( α ≤ −90 °), e a transferência de calor é quase condução de calor quando o ângulo de rotação diminui para α =−90 °. Quando a parede quente está localizada no topo e a parede fria está localizada na parte inferior do gabinete ( α =−90 °), a direção da flutuabilidade é para cima, mas a parede superior impede que o fluido se mova para cima. O movimento do nanofluido no invólucro é pequeno e a principal transferência de calor é a condução de calor, que causa um pequeno número de Nusselt. O recinto com α =−45 ° é mais próximo do invólucro com α =−90 ° e mostra o menor número de Nusselt em comparação com outros ângulos de rotação. Para os invólucros com ângulos de rotação α =45 ° e α =90 °, o fluido próximo à parede inferior quente é aquecido e se move para cima e o fluido próximo à parede superior fria é resfriado e se move para baixo. As direções do fluido quente e do fluido frio são opostas e evitam a transferência de calor por convecção natural, que causa um número de Nusselt menor em comparação com o invólucro com α =0 °, mas um número de Nusselt mais alto em comparação com o gabinete com α =−45 °. Também pode ser visto que as diferenças entre os vários ângulos de rotação aumentam com a potência de aquecimento. Isso ocorre porque os efeitos dos ângulos de rotação desempenham o papel principal na transferência de calor em baixa potência de aquecimento, e os efeitos da convecção na transferência de calor são pequenos. No entanto, a intensidade de transferência de calor convectiva aumenta com a potência de aquecimento e desempenha o papel principal na transferência de calor em alta potência de aquecimento, o que causa as maiores diferenças entre os vários ângulos de rotação em alta potência de aquecimento em comparação com a baixa potência de aquecimento.

Mudanças nos números de Nusselt com ângulos de rotação ( A =1:2). Os números médios de Nusselt mudam de nanofluido com ângulos de rotação do invólucro ( A =1:2) em diferentes potências de aquecimento. a Q =1 W. b Q =5 W. c Q =10 W. d Q =15 W. e Q =20 W

Além dos ângulos de rotação, os efeitos da fração de massa das nanopartículas na transferência de calor por convecção natural também são discutidos. A Figura 9 mostra as mudanças dos números médios de Nusselt com frações de massa de nanopartículas. Pode-se descobrir que os números de Nusselt aumentam com as frações de massa das nanopartículas. Para energia de aquecimento Q =1 W e α =0 °, TiO ₂ - nanofluido de água com% em peso =0,1%,% em peso =0,3% e% em peso =0,5% pode aumentar a transferência de calor em 9,3, 21,8 e 28,7% em comparação com a água, respectivamente. A taxa de aprimoramento diminui com a potência de aquecimento. Para energia de aquecimento Q =20 W e α =0 °, TiO ₂ - nanofluido de água com% em peso =0,1%,% em peso =0,3% e% em peso =0,5% pode aumentar a transferência de calor em 1,4, 4,6 e 6,6% em comparação com a água, respectivamente. A intensidade da turbulência passa a desempenhar um papel importante no alto poder de aquecimento, e os efeitos da fração de massa das nanopartículas na transferência de calor tornam-se pequenos.

Mudanças nos números de Nusselt com frações de massa de nanopartículas ( A =1:2). Mudanças nos números médios de Nusselt de nanofluido no gabinete ( A =1:2) com frações de massa de nanopartículas em diferentes potências de aquecimento. a Q =1 W. b Q =5 W. c Q =10 W. d Q =15 W. e Q =20 W

Os efeitos das potências de aquecimento na transferência de calor por convecção natural são estudados neste artigo. A Figura 10 mostra as mudanças dos números médios de Nusselt com a potência de aquecimento. Para α =0 °, TiO ₂ - nanofluido de água em Q =5 W, Q =10 W, Q =15 W e Q =20 W pode aumentar a transferência de calor em 280,2, 428,4, 544,1 e 581,5% em comparação com Q =1 W. A alta potência de aquecimento aumenta a intensidade da turbulência e melhora a transferência de calor.

Mudanças nos números de Nusselt com potência de aquecimento ( A =1:2). Mudanças nos números médios de Nusselt de nanofluido no gabinete ( A =1:2) com potência de aquecimento em diferentes ângulos de rotação. a α =−45 °. b α =0 °. c α =45 °. d α =90 °

Gabinete com A =1:4

A fim de investigar os efeitos das relações de aspecto dos invólucros na transferência de calor, as características de transferência de calor por convecção natural do invólucro com A =1:4 preenchido com TiO ₂ - nanofluido de água são estudados. A Figura 11 fornece as mudanças dos números Nusselt médios com os ângulos de rotação do gabinete. Pode-se obter uma conclusão semelhante a A =1:2 que os números de Nusselt primeiro aumentam e depois diminuem com os ângulos de rotação. Para nanofluido com% em peso =0,5% de exemplo, as diferenças entre A =1:4 e A =1:2 são que as taxas de realce (de 6,5 a 20,7%) do número de Nusselt no gabinete ( A =1:4, α =0 °) em comparação com o do gabinete ( A =1:4, α =−45 °) são maiores do que as taxas de aprimoramento (de 2,85 a 9,3%) do número de Nusselt no gabinete ( A =1:2, α =0 °) em comparação com o do gabinete ( A =1:2, α =−45 °).

Mudanças nos números de Nusselt com ângulos de rotação ( A =1:4). Mudanças nos números médios de Nusselt de nanofluido com ângulos de rotação do recinto ( A =1:4) em diferentes potências de aquecimento. a Q =1 W. b Q =5 W. c Q =10 W. d Q =15 W. e Q =20 W

A Figura 12 apresenta as mudanças dos números de Nusselt médios com frações de massa de nanopartículas. Para energia de aquecimento Q =1 W e α =0 °, TiO ₂ - nanofluido de água com% em peso =0,1%,% em peso =0,3% e% em peso =0,5% pode aumentar a transferência de calor em 7,1, 20,2 e 29,5% em comparação com a água, respectivamente. A taxa de aprimoramento diminui com a potência de aquecimento. Para energia de aquecimento Q =20 W e α =0 °, TiO ₂ - nanofluido de água com% em peso =0,1%,% em peso =0,3% e% em peso =0,5% pode aumentar a transferência de calor em 2,9, 11,8 e 15,1% em comparação com a água, respectivamente.

Mudanças nos números de Nusselt com frações de massa de nanopartículas ( A =1:4). Mudanças nos números médios de Nusselt de nanofluido no gabinete ( A =1:4) com frações de massa de nanopartículas em diferentes potências de aquecimento. a Q =1 W. b Q =5 W. c Q =10 W. d Q =15 W. e Q =20 W

A Figura 13 mostra as mudanças dos números médios de Nusselt com a potência de aquecimento. Os números médios de Nusselt de nanofluido podem ser aumentados em 242,4% ~ 701,5% em comparação com a água na potência de aquecimento Q =1 W. Para α =0 °, TiO ₂ - nanofluido de água com% em peso =0,5% em Q =5 W, Q =10 W, Q =15 W e Q =20 W pode aumentar a transferência de calor em 253,0, 419,9, 540,3 e 635,6% em comparação com Q =1 W, respectivamente.

Mudanças nos números de Nusselt com potência de aquecimento ( A =1:4). Mudanças nos números médios de Nusselt de nanofluido no gabinete ( A =1:4) com potência de aquecimento em diferentes ângulos de rotação. a α =−45 °. b α =0 °. c α =45 °. d α =90 °

Comparação entre A =1:2, A =1:4 e A =1:1

Devido à limitação de comprimento deste artigo, os resultados do fechamento com A =1:1 são dados apenas na Fig. 14, e os efeitos de diferentes ângulos de rotação, frações de massa de nanopartículas e potências de aquecimento na transferência de calor podem ser mostrados na Fig. 14. A fim de comparar as características de transferência de calor de invólucros com A =1:2, A =1:4 e A =1:1, a Fig. 14 mostra a comparação dos números médios de Nusselt entre A =1:2, A =1:4 e A =1:1 em diferentes ângulos de rotação. Verifica-se que os números de Nusselt aumentam com a proporção do aspecto do invólucro. Os números de Nusselt do gabinete ( A =1:1 e A =1:2) pode ser aumentado em 190,6% ~ 224,4% e 103,6% ~ 172,0% em comparação com os números de Nusselt do gabinete ( A =1:4) nas mesmas condições, respectivamente. Para Q =1 W e α =0 ° exemplo, nanofluido com% em peso =0,5%,% em peso =0,3%,% em peso =0,1% e% em peso =0,0% no invólucro com A =1:2 pode aumentar a transferência de calor em 120,4, 124,9, 126,5 e 121,9% em comparação com aquela no gabinete com A =1:4. A taxa de aprimoramento diminui com a potência de aquecimento. vPara Q =20 W e α =0 °, nanofluido com% em peso =0,5%,% em peso =0,3%,% em peso =0,1% e% em peso =0,0% no invólucro com A =1:2 pode aumentar a transferência de calor em 104,2, 106,5, 117,6, 120,7% em comparação com aquela no gabinete com A =1:4. Também se descobriu que os aumentos do número de Nusselt de% em peso =0,1% para% em peso =0,3% são maiores do que aqueles de% em peso =0,3% para% em peso =0,5%. Isso ocorre porque o aumento da condutividade térmica desempenha o papel principal na transferência de calor de% em peso =0,1% para% em peso =0,3%, o que causa um grande aumento. Mas o aumento da viscosidade começa a desempenhar o papel principal na transferência de calor de% em peso =0,3% para% em peso =0,5%, o que causa um pequeno aumento. Como a Fig. 14 pode cobrir todos os resultados experimentais, os resultados detalhados da Fig. 14 são mostrados nas Tabelas 2, 3 e 4.

Comparação dos números de Nusselt entre diferentes relações de aspecto. Comparação dos números médios de Nusselt de nanofluido em diferentes proporções de aspecto ( A =1:1, A =1:2 e A =1:4) e invólucros de ângulo de rotação em diferentes potências de aquecimento. a Q =1 W. b Q =5 W. c Q =10 W. d Q =15 W. e Q =20 W

Conclusions

The stability and natural convection heat transfer characteristics of the two enclosures with different rotation angles (α = −45°, α = 0°, α = 45°, and α = 90°) filled with TiO₂ -water nanofluid are experimentally investigated. Some conclusions are obtained as follows:

(1)
TiO₂ -water nanofluid with m = 6 wt% and pH = 8 has the lowest transmittance and has the best stability.
(2)
The enclosure with rotation angle α = 0° has the highest Nusselt number followed by the enclosure with rotation angles α = 45° and α = 90°; the enclosure with rotation angle α = −45° has the lowest Nusselt number.
(3)
There is a higher heat transfer performance in a bigger aspect ratio enclosure. The Nusselt numbers of enclosure (A = 1:1 and A = 1:2) can be enhanced by 190.6% ~ 224.4% and 103.6% ~ 172.0% compared with the Nusselt numbers of enclosure (A = 1:4) at the same conditions.
(4)
Nusselt numbers increase with nanoparticle mass fractions, but the enhancement ratio decreases with the heating power.
(5)
Average Nusselt numbers increase with the heating power. Average Nusselt numbers of nanofluid can be enhanced by 701.5% compared with water at the best.

Análise de refletância infravermelha de camadas epitaxiais de GaN dopado tipo n cultivadas em safira Controle de não linearidade dupla de propriedades de modo e dispersão em grafeno-dielétrico Plasmonic Waveguide

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