회전 각도가 다른 인클로저에서 TiO2-물 나노유체의 안정성 및 자연 대류에 대한 실험 연구

초록

TiO₂의 안정성 및 자연 대류 열전달 특성 - 다양한 회전 각도를 가진 인클로저의 물 나노유체(α =−45°, α =0°, α =45° 및 α =90°)는 실험적으로 조사되었습니다. 다양한 pH 값 및 용량의 효과(m ) TiO₂의 안정성에 대한 분산제 -물나노유체를 조사한다. TiO₂ - m의 물 나노유체 =6 wt%이고 pH =8일 때 투과율이 가장 낮고 안정성이 가장 좋습니다. 다양한 회전 각도의 효과(α =−45°, α =0°, α =45° 및 α =90°), 나노입자 질량 분율(wt% =0.1%, wt% =0.3% 및 wt% =0.5%) 및 가열력(Q =1 W, Q =5 W, Q =10W, Q =15 W 및 Q =20 W) 자연 대류 열전달 특성에 대해서도 연구합니다. 회전 각도 α =0°인 인클로저가 가장 높은 Nusselt 수를 가지며 그 다음으로 회전 각도가 α인 인클로저가 있는 것으로 나타났습니다. =45° 및 α =90°, 회전 각도가 α인 인클로저 =−45°는 가장 낮은 Nusselt 수를 갖습니다. 또한 자연대류 열전달 성능은 나노입자의 질량분율과 화력에 따라 증가하지만, 화력에 따라 향상율은 감소함을 알 수 있다.

<섹션 데이터-제목="배경">

배경

나노유체는 우수한 열전도 특성으로 인해 제조되기 때문에[1,2,3], 열전달 분야[4,5,6], 특히 자연 대류 분야[7,8,9]에서 나노유체가 널리 응용되고 있다.

많은 연구자들이 나노유체의 자연대류 열전달 특성을 수치적으로 연구하고 있다. 그는 외. [10, 11] Al₂의 자연 대류 열전달을 수치적으로 연구하기 위해 단상 및 2상 격자 Boltzmann 방법을 적용했습니다. O₃ -각각 정사각형 공동에 물 나노 유체. Sheikholeslami et al. [12]는 Al₂로 채워진 내부 삼각형 실린더가 있는 수평 원통형 인클로저의 자기유체역학적 자연 대류 열전달 특성을 조사했습니다. O₃ -격자 볼츠만 시뮬레이션 방법에 의한 물 나노유체. Uddin et al. [13]은 Darcy-Forchheimer 모델을 기반으로 다공성 매질에 내장된 수직 판을 따라 다양한 나노유체의 자연 대류 열전달을 연구했습니다. Meng et al. [14] Al₂로 채워진 수평 실린더의 자연 대류를 수치적으로 조사했습니다. O₃ - 물 나노 유체. Ahmed et al. [15]는 경사진 인클로저에서 CuO-물 나노유체의 자연 대류를 연구하기 위해 2상 격자 Boltzmann 방법을 사용했습니다. Qi et al. [16] 인클로저에서 Cu-Ga 나노유체의 자연 대류를 수치적으로 시뮬레이션했습니다.

나노유체의 자연대류에 대한 위의 수치해석과 더불어 나노유체의 자연대류에 대한 실험적 연구는 점점 더 많은 연구자들이 수행하고 있다. Li et al. [17]은 ZnO-EG/물 나노유체의 자연 대류 열전달을 실험적으로 조사했다. Hu et al. [18, 19] TiO₂로 채워진 정사각형 인클로저의 자연 대류 열 전달 향상을 실험적으로 연구했습니다. -물 및 Al₂ O₃ - 각각 물 나노 유체. Ho et al. [20] Al₂로 채워진 다양한 크기의 수직 정사각형 인클로저의 자연 대류 열 전달을 실험적으로 연구했습니다. O₃ - 물 나노 유체. Heris et al. [21,22,23]은 다양한 종류의 나노유체(Cu/물, Al₂)의 대류 열전달 특성을 실험적으로 조사했습니다. O₃ -물 및 CuO-물)을 각각 원형 튜브에 담았습니다. Mansour et al. [24] Al₂로 채워진 경사 튜브의 혼합 대류를 실험적으로 조사했습니다. O₃ - 물 나노 유체. Chang et al. [25] Al₂의 자연 대류를 실험적으로 조사했습니다. O₃ - 얇은 인클로저의 물 나노 유체. Wen et al. [26, 27] Al₂의 대류 열전달 특성을 실험적으로 조사 O₃ -물 나노유체 및 TiO₂ -층류 조건에서 각각 물 나노 유체. Xuan et al. [28] 직선형 황동관에서 Cu-물 나노유체의 대류 열전달을 실험적으로 연구했습니다.

위의 문헌은 나노유체의 자연 대류 열전달 특성에 크게 기여했습니다. 그러나 나노유체로 채워진 회전각이 다른 인클로저의 자연 대류 열전달 향상은 더 많은 조사가 필요합니다. 따라서 TiO₂의 안정성과 자연 대류 열전달 특성 - 다양한 회전 각도를 가진 인클로저의 물 나노유체(α =−45°, α =0°, α =45° 및 α =90°)는 이 논문에서 실험적으로 조사되었습니다.

<섹션 데이터-제목="방법">

메소드

나노유체의 제조 및 안정성

TiO₂ 나노 입자로 선택됩니다. 그림 1은 TiO₂의 SEM, TEM 및 XRD 이미지를 보여줍니다. 다른 배율에서 나노 입자. SEM 이미지에서 나노입자가 쉽게 모이는 것을 알 수 있으며, 안정적인 나노유체를 준비하기 위한 몇 가지 조치가 필요하다. 또한 TEM 이미지에서 입자 크기가 약 10 nm이고 나노 입자의 모양이 평평하다는 것을 알 수 있습니다. 편평한 나노입자는 동일한 질량 분율에서 구형 나노입자보다 더 큰 열전달 면적을 가지므로 열전달 향상에 유리하다. 그림 1g는 TTP-A10 TiO₂의 XRD 패턴을 보여줍니다. 나노입자. 관찰된 바와 같이 강하고 날카로운 피크는 TTP-A10 TiO₂ 나노 입자 샘플은 결정성이 높습니다. 샘플의 평균 입자 크기는 Eq. (1). TiO₂ 이러한 회절 피크 값(111, 200, 021, 202, 311)에 의해 계산된 나노 입자 크기는 6, 9, 14, 20 및 35 nm이고, 가장 작은 나노 입자 크기는 회절 피크 값을 기준으로 약 6 및 9 nm입니다. (111 및 200). 큰 나노 입자 크기는 나노 입자의 응집으로 인해 발생할 수 있습니다. 가장 작은 값(6 및 9nm)은 나노입자의 실제 크기일 수 있고, 소수의 나노입자 크기는 6nm일 수 있으며, 대부분의 나노입자 크기는 약 9nm일 수 있으며, 이는 제조업체에서 제공한 설명에 더 가깝습니다( 10 nm) 및 TEM 이미지(10 nm).

$$ {D}_{\mathrm{c}}=\frac{k\lambda}{\beta \cdot \cos \theta} $$ (1)

여기서 k 는 형상 계수의 값이고 k =0.9; λ 는 X선 파장입니다. 및 β 라디안 단위의 피크 높이의 반치폭(FWHM)을 넓히는 선이고, θ 는 브래그 회절각입니다.

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나노 입자의 형태. TiO₂의 SEM, TEM 및 XRD 이미지 다른 배율에서 나노 입자. 아 SEM × 20000. b SEM × 50000. c SEM × 100000. d TEM 20nm. 이 TEM 50nm. 에 TEM 100nm. 지 XRD

TiO₂ - 다른 나노입자 질량 분율(wt% =0.1%, wt% =0.3% 및 wt% =0.5%)을 갖는 물 나노유체는 그림 2와 같이 2단계 방법으로 제조됩니다. 기계적 교반 시간은 절반입니다. 각 하위 단계에 대해 1시간, 초음파 처리 시간은 40분입니다. 표 1은 나노유체 제조에 사용되는 일부 재료 및 장비에 대한 정보를 보여준다. 그림 3은 TiO₂를 보여줍니다. - 부설 전과 72시간 후에 물 나노유체. 시험관에 나노입자의 침착이 거의 없고 본 논문에서 제조한 나노유체가 우수한 안정성을 나타냄을 알 수 있다.

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나노 유체의 준비. TiO₂의 준비 절차 - 2단계 방법에 의한 물 나노유체

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TiO₂의 안정성 관찰 - 물 나노 유체. TiO₂ - 다른 시간에 물 나노 유체. 아 놓기 전에. ㄴ 72시간 후

시험관에 나노입자의 침착 여부에 대한 연구 외에도 투과율(τ ) 나노유체의 안정성에 대해서도 논의합니다. 그림 4는 투과율(τ ) TiO₂의 변화 - 다양한 pH 값과 용량(m)을 갖는 물 나노유체(wt% =0.5%) ) 분산제. 투과율은 자외선 가시광선 분광광도계(UV-1800(PC))로 측정한다. 알다시피 나노입자가 물에 균일하게 분포하면 나노입자가 가장 많은 빛을 반사하고 높은 반사율(낮은 투과율)을 갖게 됩니다. 따라서 나노유체의 안정성은 투과율에 반비례하며 안정한 나노유체는 투과율이 낮다. m가 있는 나노유체는 Fig. 4에서 알 수 있다. =6wt%, pH =8은 투과율이 가장 낮고 안정성이 가장 좋습니다. 이 실험에서 다른 나노입자 질량 분율을 가진 나노유체는 m에서 준비됩니다. =6 wt% 및 pH =8, 이는 나노유체의 안정성을 보장할 수 있습니다.

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TiO₂의 투과율 - 물 나노 유체. 투과율(τ ) TiO₂의 변화 - 시간(h)에 따라 다른 pH 값에서 물 나노유체(wt% =0.5%) ) 다른 복용량(m ) 분산제. 아 나 =5 중량%. ㄴ 나 =6 중량%. ㄷ 나 =7 중량%. d 나 =8 중량%

실험 시스템

그림 5는 세 가지 실험 세트의 개략도를 보여줍니다. 3개의 직사각형 인클로저의 크기는 10cm(폭) × 20cm(높이), 5cm(폭) × 20cm(높이), 20cm(폭) × 20cm(높이)입니다. 너비와 높이는 W로 정의됩니다. 그리고 H , 및 종횡비(A ) 인클로저의 정의는 A =W /H . 인클로저의 왼쪽 벽(동판)은 DC 전원에 연결된 실리콘 가열 시트로 가열됩니다. 인클로저의 오른쪽 벽(동판)은 항온 수조에 연결된 작은 공동(재료도 구리임)의 냉각수로 냉각됩니다. 인클로저 양쪽의 온도는 데이터 수집 기기(Agilent 34972A)에 연결된 6개의 열전대를 통해 얻습니다. 외부 단열층을 사용하여 열 손실을 방지합니다.

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실험 세트의 개략도. 세 가지 다른 종횡비 실험 세트의 개략도. 아 A =1:2. ㄴ A =1:4. ㄷ A =1:1

회전 각도가 다른 두 인클로저의 자연 대류 열 전달 특성(α =−45°, α =0°, α =45° 및 α =90°) TiO₂로 채워짐 - 본 논문에서는 물나노유체를 조사하였다. α가 있는 인클로저의 경우 =−90°, 상단 벽은 뜨거운 벽이고 하단 벽은 차가운 벽이며 인클로저의 열 전달은 주로 열 전도입니다. 그러나 원고는 주로 인클로저 내 나노유체의 자연 대류 열 전달을 조사하므로 α =−90°는 이 원고에서 고려되지 않습니다. 그림 6은 회전 각도가 다른 인클로저의 개략도를 보여줍니다.

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회전 각도의 개략도. 4개의 다른 회전 각도가 있는 인클로저의 개략도. 아 α =−45°. ㄴ α =0°. ㄷ α =45°. d α =90°

데이터 처리

파워 Q 실리콘 가열 시트에서 제공하는 것은 다음과 같습니다.

$$ Q=\mathrm{U}\mathrm{I} $$ (2)

여기서 U 그리고 나 는 각각 DC 전원의 전압과 전기입니다.

유효 전력 Q _넷 다음과 같습니다:

$$ {Q}_{\mathrm{net}}=Q-{Q}_{\mathrm{손실}} $$ (3)

여기서 Q _손실 열 유량계로 측정한 열 손실입니다.

실리콘 발열판 \( {T}_{\mathrm{H}}^{*} \) 옆 동판 측의 온도는 다음과 같습니다.

$$ {T}_{\mathrm{H}}^{*}=\frac{\left({T}_1+{T}_2+\cdot \cdot \cdot +{T}_6\right)}{6} $$ (4)

여기서 T ₁ , T ₂ , ..., T ₆ 열전대의 온도입니다.

나노유체 T 옆 동판면(인클로저 왼쪽)의 온도 _H 다음과 같습니다:

$$ {T}_{\mathrm{H}}={T_{\mathrm{H}}}^{*}-\frac{Q_{\mathrm{net}}\delta}{A{\lambda}_ {\mathrm{w}}} $$ (5)

여기서 δ =0.005m는 동판의 두께, A 는 동판의 면적, λ _와 는 동판의 열전도율입니다.

절연층 T 옆 동판측(외함 우측)의 온도 _C ^* 다음과 같습니다:

$$ {T}_{\mathrm{C}}^{*}=\frac{\left({T}_7+{T}_8+\cdot \cdot \cdot +{T}_{12}\right)} {6} $$ (6)

여기서 T ₇ , T ₈ , ..., T ₁₂ 인클로저 오른쪽에 있는 열전대의 온도입니다.

열평형 상태에 도달하면 냉각수의 온도는 냉각수 옆의 동판측 온도와 동일합니다. 나노유체 T 옆 동판측(인클로저 우측)의 온도 _C 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

$$ {T}_{\mathrm{C}}={T_{\mathrm{C}}}^{\ast }-\frac{2{Q}_{\mathrm{net}}\delta}{A {\lambda}_w} $$ (7)

정성적 온도 T _m 다음과 같이 정의됩니다:

$$ {T}_{\mathrm{m}}=\frac{T_{\mathrm{H}}+{T}_{\mathrm{C}}}{2} $$ (8)

대류 열전달 계수 h 다음과 같습니다:

$$ h=\frac{Q_{\mathrm{net}}}{A\left({T}_{\mathrm{H}}\hbox{-} {T}_{\mathrm{C}}\right )} $$ (9)

Nusselt 수는 다음과 같이 정의됩니다.

$$ \mathrm{Nu}=\frac{h\cdot W}{\lambda_{\mathrm{f}}} $$ (10)

여기서 λ _f 는 인클로저에 있는 유체의 열전도율입니다.

불확도 분석

대류 열전달 계수의 오차 전달 공식은 다음과 같습니다[19].

$$ \begin{array}{l}\frac{\varDelta h}{h}=\left|\frac{\partial \ln h}{\partial {Q}_{net}}\right|\varDelta { Q}_{{}_{net}}+\left|\frac{\partial \ln h}{\partial A}\right|\varDelta A+\left|\frac{\partial \ln h}{\partial \left({T}_{\mathrm{H}}-{T}_{\mathrm{C}}\right)}\right|\varDelta \left({T}_{\mathrm{H}}- {T}_{\mathrm{C}}\right)=\\ {}\frac{\varDelta {Q}_{net}}{Q_{net}}+\frac{\varDelta A}{A}+ \frac{\varDelta \left({T}_{\mathrm{H}}-{T}_{\mathrm{C}}\right)}{\left({T}_{\mathrm{H}} -{T}_{\mathrm{C}}\right)}\end{배열} $$ (11)

Nusselt 수의 오류 전달 공식은 다음과 같습니다[19].

$$ \begin{array}{l}\frac{\varDelta \mathrm{Nu}}{\mathrm{Nu}}=\left|\frac{\partial \mathrm{lnNu}}{\partial h}\right |\varDelta h+\left|\frac{\partial \mathrm{lnNu}}{\partial W}\right|\varDelta W+\left|\frac{\partial \mathrm{lnNu}}{\partial {\lambda} _{\mathrm{f}}}\right|\varDelta {\lambda}_{\mathrm{f}}=\\ {}\frac{\varDelta h}{h}+\frac{\varDelta W}{ W}+\frac{\varDelta {\lambda}_{\mathrm{f}}}{\lambda_{\mathrm{f}}}\end{배열} $$ (12)

Eqs를 기반으로 합니다. (10)과 (11)에서 보는 바와 같이 이 실험에서 대류열전달계수와 Nusselt 수의 오차는 각각 5.65%와 6.34%이다. 실험 세트의 오차가 작아 실험 결과의 신뢰성과 정확성을 보장할 수 있음을 알 수 있습니다.

결과 및 토론

실험 검증

나노유체에 대한 연구에 앞서 실험 검증이 필요하다. 그림 7은 물의 실험 결과와 A가 있는 인클로저에 대한 출판된 문헌 결과 간의 Nusselt 수 비교를 보여줍니다. =1:2, A =1:4 및 A =1:1. A가 있는 인클로저의 최대 오류 =1:2, A =1:4 및 A =1:1은 각각 8.4, 9.5, 8.1%입니다. 실험 결과는 출판된 문헌[20, 29]의 결과와 잘 일치함을 알 수 있으며, 이는 실험 시스템의 정확성과 신뢰성을 검증합니다.

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실험 세트 검증. 실험 결과와 두 개의 다른 종횡비를 가진 인클로저에서 출판된 문헌 사이의 Nusselt 수 비교. 아 A =1:2. ㄴ A =1:4. ㄷ A =1:1

A가 있는 인클로저 =1:2

TiO₂의 자연 대류 열전달 특성에 대한 회전 각도의 영향 - 물 나노 유체는 이 논문에서 논의된다. 그림 8은 A를 사용한 인클로저의 회전 각도에 따른 평균 Nusselt 수의 변화를 나타냅니다. =1:2. 그림 8에서 Nusselt 수가 먼저 증가하고 회전 각도에 따라 감소함을 알 수 있습니다. 회전 각도가 α인 인클로저 =0°는 가장 높은 Nusselt 수를 가지며 그 뒤에 회전 각도가 α인 인클로저가 옵니다. =45° 및 α =90°, 회전 각도가 α인 인클로저 =−45°는 가장 낮은 Nusselt 수를 갖습니다. 회전각이 감소하면 열전도가 더 많은 역할을 합니다(α ≤ −90°)이고 회전각이 α로 감소할 때 열전달은 거의 열전도입니다. =−90°. 핫 월이 상단에 있고 콜드 월이 인클로저 하단에 있는 경우(α =−90°), 부력의 방향은 위쪽이지만 위쪽 벽은 유체가 위쪽으로 이동하는 것을 방지합니다. 인클로저 내 나노유체의 움직임이 적고 주요 열전달은 열전도로 인해 작은 Nusselt 수를 유발합니다. α가 있는 인클로저 =−45°는 α가 있는 인클로저에 더 가깝습니다. =−90°이며 다른 회전 각도와 비교하여 가장 작은 Nusselt 수를 나타냅니다. 회전 각도가 α인 인클로저용 =45° 및 α =90°, 바닥 뜨거운 벽 근처의 유체는 가열되어 위쪽으로 이동하고 위쪽 차가운 벽 근처의 유체는 냉각되어 아래쪽으로 이동합니다. 뜨거운 유체와 차가운 유체의 방향이 반대이며 자연 대류 열 전달을 방지하여 α가 있는 인클로저에 비해 Nusselt 수를 낮춥니다. =0°이지만 α가 있는 인클로저에 비해 더 높은 Nusselt 수 =−45°. 또한 화력에 따라 다양한 회전각도의 차이가 커짐을 알 수 있다. 낮은 화력에서 회전각도의 영향이 열전달에 중요한 역할을 하고 대류가 열전달에 미치는 영향이 작기 때문이다. 그러나 대류 열전달 강도는 화력에 따라 증가하고 높은 화력에서 열전달에 주요 역할을 하므로 낮은 화력에서에 비해 높은 화력에서 다양한 회전 각도의 차이가 더 크게 발생합니다.

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회전 각도에 따른 Nusselt 수의 변화(A =1:2). 인클로저의 회전 각도에 따른 나노유체의 평균 Nusselt 수 변화(A =1:2) 다른 가열 전력에서. 아 질문 =1W. b 질문 =5W. c 질문 =10W. d 질문 =15W. e 질문 =20W

회전 각도 외에도 자연 대류 열 전달에 대한 나노 입자 질량 분율의 영향도 논의됩니다. 그림 9는 나노입자 질량분율에 따른 평균 Nusselt 수의 변화를 보여줍니다. Nusselt 수는 나노입자의 질량 분율에 따라 증가함을 알 수 있습니다. 난방용 Q =1W 및 α =0°, TiO₂ -wt% =0.1%, wt% =0.3%, wt% =0.5%인 물 나노유체는 물에 비해 열전달을 각각 9.3%, 21.8%, 28.7% 향상시킬 수 있습니다. 강화율은 화력에 따라 감소합니다. 난방용 Q =20W 및 α =0°, TiO₂ -wt% =0.1%, wt% =0.3%, wt% =0.5%인 물 나노유체는 물에 비해 열전달을 각각 1.4, 4.6, 6.6% 향상시킬 수 있습니다. 난류 강도는 높은 화력에서 중요한 역할을 하게 되며, 열전달에 대한 나노입자 질량 분율의 영향은 작아집니다.

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나노입자 질량분율에 따른 Nusselt 수의 변화(A =1:2). 인클로저 내 나노유체의 평균 Nusselt 수 변화(A =1:2) 다른 가열 전력에서 나노 입자 질량 분율. 아 질문 =1W. b 질문 =5W. c 질문 =10W. d 질문 =15W. e 질문 =20W

이 논문에서는 자연 대류 열전달에 대한 열력의 영향을 연구합니다. 그림 10은 화력에 따른 평균 Nusselt 수의 변화를 보여줍니다. α용 =0°, TiO₂ - Q에서 물 나노유체 =5W, Q =10W, Q =15W 및 Q =20W는 Q에서와 비교하여 280.2, 428.4, 544.1 및 581.5%만큼 열 전달을 향상시킬 수 있습니다. =1 W. 높은 화력은 난류 강도를 높이고 열 전달을 향상시킵니다.

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화력에 따른 Nusselt 수의 변화(A =1:2). 인클로저 내 나노유체의 평균 Nusselt 수 변화(A =1:2) 다른 회전 각도에서 가열 전력으로. 아 α =−45°. ㄴ α =0°. ㄷ α =45°. d α =90°

A가 있는 인클로저 =1:4

인클로저의 종횡비가 열 전달에 미치는 영향을 조사하기 위해 A가 있는 인클로저의 자연 대류 열전달 특성 =1:4 TiO₂로 채워짐 -물나노유체를 연구한다. 그림 11은 인클로저의 회전 각도에 따른 평균 Nusselt 수의 변화를 보여줍니다. A와 같은 유사한 결론을 얻을 수 있습니다. =1:2 Nusselt 수는 먼저 증가하고 회전 각도에 따라 감소합니다. wt% =0.5%인 나노유체의 경우, A =1:4 및 A =1:2는 인클로저(A)에서 Nusselt 수의 향상 비율(6.5~20.7%) =1:4, α =0°) 인클로저(A =1:4, α =−45°)는 인클로저(A)에서 Nusselt 수의 향상 비율(2.85~9.3%)보다 높습니다. =1:2, α =0°) 인클로저(A =1:2, α =−45°).

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회전 각도에 따른 Nusselt 수의 변화(A =1:4). 인클로저의 회전 각도에 따른 나노유체의 평균 Nusselt 수 변화(A =1:4) 다른 가열 전력에서. 아 질문 =1W. b 질문 =5W. c 질문 =10W. d 질문 =15W. e 질문 =20W

그림 12는 나노입자 질량 분율에 따른 평균 Nusselt 수의 변화를 보여줍니다. 난방용 Q =1W 및 α =0°, TiO₂ -wt% =0.1%, wt% =0.3%, wt% =0.5%인 물 나노유체는 물과 비교하여 각각 7.1%, 20.2%, 29.5% 열전달을 향상시킬 수 있습니다. 강화율은 화력에 따라 감소합니다. 난방용 Q =20W 및 α =0°, TiO₂ -wt% =0.1%, wt% =0.3%, wt% =0.5%인 물 나노유체는 물과 비교하여 각각 2.9%, 11.8%, 15.1% 열전달을 향상시킬 수 있습니다.

<그림>

나노입자 질량분율에 따른 Nusselt 수의 변화(A =1:4). 인클로저 내 나노유체의 평균 Nusselt 수 변화(A =1:4) 다른 가열 전력에서 나노 입자 질량 분율을 사용합니다. 아 질문 =1W. b 질문 =5W. c 질문 =10W. d 질문 =15W. e 질문 =20W

그림 13은 화력에 따른 평균 Nusselt 수의 변화를 보여줍니다. 나노유체의 평균 Nusselt 수는 가열 전력 Q =1 W에서 물에 비해 242.4% ~ 701.5% 향상될 수 있습니다. α의 경우 =0°, TiO₂ - Q에서 wt% =0.5%인 물 나노유체 =5W, Q =10W, Q =15W 및 Q =20W는 Q에서와 비교하여 253.0, 419.9, 540.3 및 635.6%만큼 열 전달을 향상시킬 수 있습니다. =1 W, 각각.

<그림>

화력에 따른 Nusselt 수의 변화(A =1:4). 인클로저 내 나노유체의 평균 Nusselt 수 변화(A =1:4) 다른 회전 각도에서 가열 전력으로. 아 α =−45°. ㄴ α =0°. ㄷ α =45°. d α =90°

A 비교 =1:2, A =1:4 및 A =1:1

이 논문의 길이 제한으로 인해 A =1:1은 그림 14에만 나와 있으며, 서로 다른 회전각, 나노입자 질량분율, 열전달에 대한 열전달의 영향은 모두 그림 14에 나와 있습니다. A =1:2, A =1:4 및 A =1:1, 그림 14는 A 간의 평균 Nusselt 수의 비교를 보여줍니다. =1:2, A =1:4 및 A =다른 회전 각도에서 1:1. Nusselt number는 인클로저의 종횡비에 따라 증가함을 알 수 있습니다. 인클로저의 Nusselt 번호(A =1:1 및 A =1:2) 인클로저의 Nusselt 수(A)에 비해 190.6% ~ 224.4% 및 103.6% ~ 172.0% 향상될 수 있습니다. =1:4) 같은 조건에서 각각. Q용 =1W 및 α =0° 예, A가 있는 인클로저에서 wt% =0.5%, wt% =0.3%, wt% =0.1% 및 wt% =0.0%인 나노유체 =1:2는 A가 있는 인클로저에 비해 열 전달을 120.4, 124.9, 126.5 및 121.9% 향상시킬 수 있습니다. =1:4. 강화율은 화력에 따라 감소합니다. vQ용 =20W 및 α =0°, A가 있는 인클로저에서 wt% =0.5%, wt% =0.3%, wt% =0.1% 및 wt% =0.0%인 나노유체 =1:2는 A =1:4인 인클로저에 비해 열 전달을 104.2, 106.5, 117.6, 120.7% 향상시킬 수 있습니다. 또한 wt% =0.1%에서 wt% =0.3%로 증가하는 Nusselt 수는 wt% =0.3%에서 wt% =0.5%로 증가하는 것보다 더 큰 것으로 밝혀졌습니다. 이는 열전도율의 증가가 wt% =0.1%에서 wt% =0.3%로의 열전달에 주요한 역할을 하여 큰 향상을 가져오기 때문이다. 그러나 점도의 증가는 wt% =0.3%에서 wt% =0.5%로의 열 전달에 주요 역할을 하기 시작하여 약간의 향상을 야기합니다. 그림 14는 모든 실험 결과를 포함할 수 있으므로 그림 14의 자세한 결과는 표 2, 3, 4와 같다.

Nusselt numbers comparison between different aspect ratios. Comparison of average Nusselt numbers of nanofluid in different aspect ratios (A  = 1:1, A  = 1:2, and A = 1:4) and rotation angle enclosures at different heating powers. 아 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. (1)

   TiO₂ -water nanofluid with m  = 6 wt% and pH = 8 has the lowest transmittance and has the best stability.

2. (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. (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. (4)

   Nusselt numbers increase with nanoparticle mass fractions, but the enhancement ratio decreases with the heating power.

5. (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.

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