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Apr 09, 2023

Influenza del non

Scientific Reports volume 13,

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 407 (2023) Citare questo articolo

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Il miglioramento della velocità di trasferimento del calore all'interno degli scambiatori di calore a doppio tubo è significativo per le applicazioni industriali. Nel presente lavoro, viene studiato in modo esauriente l'utilizzo di un campo magnetico non uniforme sulla velocità di trasferimento del calore del flusso di nanofluidi che scorre all'interno degli scambiatori di calore a doppio tubo. La tecnica computazionale della CFD viene utilizzata per la visualizzazione dell'idrodinamica del nanofluido esistente della sorgente magnetica. Vengono inoltre presentate le influenze dell'intensità magnetica e della velocità dei nanofluidi sul trasferimento di calore. Per la modellazione del flusso di nanofluidi incomprimibili con l'aggiunta di una sorgente magnetica viene utilizzato un semplice algoritmo. I risultati presentati mostrano che la sorgente magnetica intensifica la formazione della circolazione nello spazio della camera d'aria e di conseguenza, nel nostro dominio, il trasferimento di calore viene migliorato. Il confronto tra diverse geometrie del tubo rivela che il tubo triangolare è più efficiente per migliorare il trasferimento di calore del flusso di nanofluidi. I nostri risultati indicano che il trasferimento di calore nel tubo di forma triangolare è maggiore rispetto ad altre configurazioni e la sua prestazione è del 15% in più rispetto al tubo liscio.

La gestione del processo di trasferimento del calore è significativa per lo sviluppo di recenti sistemi e dispositivi ingegneristici e industriali1,2. Negli ultimi anni sono state utilizzate e presentate diverse tecniche e materiali per l'isolamento. Sebbene la riduzione del trasferimento di calore sia facilmente ottenibile utilizzando gli isolatori, il miglioramento del trasferimento di calore non è facilmente ottenibile a causa delle limitazioni dei materiali. Nel frattempo, il miglioramento del trasferimento di calore è più richiesto negli strumenti e nei dispositivi industriali e ingegneristici, ad esempio scambiatori di calore e condensatori3,4. L'importanza di un trasferimento termico efficiente ha motivato ingegneri meccanici e ricercatori a trovare nuove soluzioni e materiali che aumentino il trasferimento termico nelle applicazioni industriali5.

L'applicazione della pinna è l'approccio più convenzionale ampiamente utilizzato grazie alla sua semplicità e al basso costo. In questa metodologia, la superficie di contatto della fonte di calore con l'esterno viene aumentata aggiungendo un'aletta adiacente alla fonte di calore6,7. Sebbene diversi articoli abbiano studiato questa tecnica per la velocità di trasferimento del calore, l’efficienza del trasferimento di calore tramite l’aletta è limitata. Anche gli effetti di forma sono considerati un metodo antiquato per il miglioramento del trasferimento di calore8,9,10.

Il principale risultato rivoluzionario nel trasferimento di calore si ottiene con l'aggiunta di nanoparticelle al fluido di base. Infatti, l'esistenza delle particelle di Ferro all'interno del fluido principale aumenta ampiamente a causa delle caratteristiche del Ferro della miscela fluida11. L'aggiunta di nanoparticelle di ferro migliora la capacità termica e la conduttività termica della miscela fluida e ciò aumenta l'efficienza del trasferimento di calore negli scambiatori di calore in applicazioni reali12,13. Sono state ampiamente condotte indagini teoriche sul trasferimento di calore dei nanofluidi per ottenere condizioni efficienti. Negli ultimi decenni, il progresso nella fluidodinamica computazionale consente agli studiosi di modellare e simulare la modellazione del trasferimento di calore nano in dispositivi industriali complessi e reali14,15. Queste ricerche hanno presentato risultati significativi sul meccanismo di trasferimento del calore del fluido base con nano particelle di Ferro in diversi processi nei fenomeni di fusione ed ebollizione. Hanno inoltre studiato materiali a cambiamento di fase PCM tramite metodi CFD con/senza nanoparticelle16,17. Queste indagini hanno rivelato vari aspetti del nanofluido nell'uso industriale18.

L'applicazione del campo magnetico aumenta inoltre notevolmente il trasferimento di calore del ferrofluido a causa della forza esercitata sulle particelle di Ferro del flusso di nanofluido19,20. Questo tipo di problema si divide principalmente in due parti principali: campi magnetici uniformi e non uniformi. Sebbene l’efficienza del campo magnetico uniforme sia più disuniforme, la produzione del campo magnetico uniforme è un compito quasi impegnativo e richiede spazio sufficiente. Inoltre, il suo costo è superiore al campo magnetico non uniforme ottenuto tramite l'esistenza del filo con corrente AC/DC. Data la semplicità e il costo inferiore dei campi magnetici non uniformi nelle applicazioni industriali, questo argomento è interessante nella scienza dell'ingegneria termica21,22. Le indagini sperimentali sui campi magnetici non uniformi sono state presentate in una ricerca limitata poiché la tecnica di misurazione del trasferimento di calore in questa specifica condizione è un compito arduo23,24,25,26. A differenza dei campi magnetici uniformi, la simulazione della sorgente magnetica non uniforme richiede elevate competenze per l'implementazione del termine sorgente nelle principali equazioni che governano il processo di modellazione27,28,29,30. Esistono indagini limitate che hanno segnalato il flusso di ferrofluido nell'esistenza del campo magnetico non uniforme. In questo studio, la simulazione del flusso d'acqua con nanoparticelle viene studiata nell'esistenza del campo magnetico non omogeneo come mostrato in Fig. 1.