비의 영향

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 407(2023) 이 기사 인용

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이중관 열교환기 내부의 열 전달률 향상은 산업 응용 분야에서 중요합니다. 현재 연구에서는 이중 파이프 열 교환기 내부로 흐르는 나노유체 흐름의 열 전달 속도에 대한 불균일 자기장의 사용이 포괄적으로 연구되었습니다. 자기 소스가 존재하는 나노유체 유체역학의 시각화를 위해 CFD의 전산 기술이 사용됩니다. 열 전달에 대한 자기 강도와 나노유체 속도의 영향도 제시됩니다. 자기 소스를 추가한 비압축성 나노유체 흐름의 모델링을 위해 간단한 알고리즘이 사용되었습니다. 제시된 결과는 자기 소스가 내부 튜브의 틈새에서 순환 형성을 강화하고 결과적으로 우리 영역에서 열 전달이 향상된다는 것을 보여줍니다. 튜브의 다양한 기하학적 구조를 비교하면 삼각형 튜브가 나노유체 흐름의 열 전달 개선에 더 효율적이라는 것을 알 수 있습니다. 우리의 결과는 삼각형 모양의 튜브에서의 열 전달이 다른 구성보다 많고 그 성능이 평활 튜브보다 15% 더 높다는 것을 나타냅니다.

열 전달 과정의 관리는 최근 엔지니어링, 산업 시스템 및 장치의 개발에 중요합니다1,2. 최근 몇 년 동안 격리를 위한 여러 기술과 재료가 사용되고 발표되었습니다. 절연체를 사용하면 열전달 감소는 쉽게 가능하지만, 재료의 한계로 인해 열전달 개선은 쉽지 않습니다. 한편, 열교환기, 응축기 등 산업 및 엔지니어링 기기 및 장치에서는 열 전달 개선이 더욱 요구됩니다3,4. 효율적인 열 전달의 중요성은 기계 엔지니어와 연구자들이 산업 응용 분야에서 열 전달을 증가시키는 새로운 솔루션과 재료를 찾도록 동기를 부여했습니다5.

핀의 적용은 단순성과 저렴한 비용으로 인해 널리 사용되는 가장 일반적인 접근 방식입니다. 이 방법론에서는 열원6,7에 인접한 핀을 추가하여 열원과 외부의 접촉 표면적이 증가합니다. 여러 논문에서 열 전달 속도에 대한 이 기술을 조사했지만 핀을 통한 열 전달 효율은 제한적입니다. 형상 효과는 열 전달 향상을 위한 구식 방법으로도 간주됩니다8,9,10.

열 전달의 주요 혁명은 기본 유체에 나노입자를 추가함으로써 달성됩니다. 실제로, 주 유체 내부의 Ferro 입자의 존재는 유체 혼합물의 Ferro 특성으로 인해 광범위하게 증가합니다11. Ferro Nano 입자를 추가하면 유체 혼합물의 열용량과 열전도도가 향상되고 이로 인해 실제 응용 분야에서 열 교환기의 열 전달 효율이 증가합니다12,13. 효율적인 조건을 얻기 위해 나노유체 열전달에 대한 이론적 연구가 널리 수행되어 왔습니다. 지난 수십 년 동안 전산유체역학의 발전으로 학자들은 복잡하고 실제 산업 장치에서 나노 열 전달 모델링을 모델링하고 시뮬레이션할 수 있었습니다14,15. 이러한 연구는 용융 및 비등 현상의 다양한 공정에서 나노 Ferro 입자를 사용하여 기본 유체의 열 전달 메커니즘에 대한 중요한 결과를 제시했습니다. 그들은 또한 나노입자가 있거나 없는 CFD 방법을 통해 상 변화 물질 PCM을 조사했습니다16,17. 이러한 조사를 통해 산업적 용도에서 나노유체의 다양한 측면이 밝혀졌습니다18.

자기장의 적용은 또한 나노유체 흐름의 Ferro 입자에 가해지는 힘으로 인해 자성유체의 열 전달을 상당히 증가시킵니다19,20. 이러한 유형의 문제는 주로 균일 자기장과 불균일 자기장이라는 두 가지 주요 부분으로 나뉩니다. 균일한 자기장의 효율은 더 불균일하지만, 균일한 자기장의 생성은 거의 어려운 작업이며 충분한 공간이 필요합니다. 게다가 AC/DC 전류를 갖는 전선의 존재로 인해 발생하는 불균일한 자기장보다 비용이 더 많이 듭니다. 산업 응용 분야에서 불균일 자기장의 단순성과 저렴한 비용으로 이 주제는 열공학 과학21,22에서 매력적입니다. 불균일 자기장에 대한 실험적 조사는 이 특정 조건에서 열전달 측정 기술이 어려운 작업이기 때문에 제한된 연구에서 제시되었습니다. 균일한 자기장과 달리, 불균일한 자기 소스의 시뮬레이션에는 모델링 프로세스의 주요 지배 방정식에서 소스 항을 구현하기 위한 높은 기술이 필요합니다. 불균일한 자기장이 존재하는 경우 자성유체 흐름을 보고한 연구는 제한적입니다. 본 연구에서는 그림 1과 같이 비균질 자기장이 존재하는 경우 나노입자를 이용한 물 흐름 시뮬레이션을 조사했습니다.