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Oct 22, 2023

Otimizando as características de transferência de calor de MWCNTs e água TiO2

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 15154 (2022) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Este estudo teve como objetivo investigar o efeito dos nano aditivos de dióxido de titânio (TiO2) no desempenho térmico de uma torre de resfriamento de fluxo cruzado em escala piloto. Além disso, é uma continuação do nosso estudo anterior sobre o efeito do uso de nanofluidos de nanotubos de carbono de paredes múltiplas (MWCNTs), e os resultados foram comparados com os resultados do TiO2 e trabalhos anteriores. Um planejamento experimental pela metodologia de superfície de resposta (RSM) baseado em planejamento composto central (CCD) com dois fatores (concentração e vazão) foi utilizado para estudar a eficácia do setup, número de Merkel e faixa de resfriamento. Os nanofluidos foram preparados pelo método de duas etapas. Os testes de estabilidade foram realizados considerando diferentes surfactantes como goma arábica, Triton X-100 e dodecilsulfato de sódio, sendo a goma arábica considerada o surfactante ideal. O método visual, espalhamento dinâmico de luz (DLS) e análises de potencial Zeta foram utilizados para garantir a estabilidade dos nanofluidos e determinar a distribuição de tamanho das nanopartículas nos nanofluidos. As descobertas revelaram que as características de transferência de calor do fluido de trabalho foram melhoradas com a adição de nanopartículas. Além disso, comparando o efeito das nanopartículas, descobriu-se que os MWCNTs poderiam melhorar as características térmicas melhor do que o TiO2. O nanofluido contendo 0,085% em peso dos MWCNTs melhora o número de Merkel, a eficácia e a faixa de resfriamento em 28, 10,2 e 15,8%, respectivamente, enquanto esses valores para nanofluidos contendo TiO2 são 5, 4,1 e 7,4%, respectivamente. Nanofluido MWCNTs com concentração de 0,069% em peso e vazão de 2,092 kg/min foi proposto para configuração ideal do sistema. Nestas condições, a faixa de resfriamento, a eficácia e o número de Merkel foram de cerca de 23,5, 55,75% e 0,64, respectivamente.

Nanofluido é definido como uma suspensão estável de baixo teor de nanopartículas na faixa de 1 a 100 nm em fluidos básicos como óleo, água e etilenoglicol1. Recentemente, estudos consideráveis ​​​​têm sido dedicados ao estudo da melhoria da transferência de calor utilizando nanofluidos em diferentes aplicações, como sistemas de resfriamento e refrigeração, engenharia de processos, motores de combustão, HVAC (aquecimento, ventilação e ar condicionado), geração de energia e ferramentas mecânicas, e muitos outros2,3,4. A transferência de calor e características termofísicas, como viscosidade5, ponto de fulgor, condutividade térmica, ponto de fluidez, coeficiente de transferência de calor e massa e taxa de resfriamento podem ser melhoradas utilizando nanofluidos6. Existe um amplo tipo de nano aditivos que têm sido utilizados na preparação de nanofluidos, como metais e óxidos metálicos7,8, nanomateriais à base de carbono9,10; entretanto, embora tenham características notáveis ​​como tamanho pequeno, grande área superficial e excelente capacidade térmica, eles tendem a ser aglomerados, especialmente em altas concentrações. Preparar um nanofluido estável ainda é um desafio, muitas soluções abordam este problema comumente associado às nanopartículas, viz. métodos de modificação de superfície11, agitação ultrassônica12, utilização de surfactantes13 e tratamento de pH14. As nanopartículas de TiO2 têm sido amplamente utilizadas entre os diferentes nano aditivos comumente utilizados devido às suas propriedades distintas. Isso inclui excelente estabilidade coloidal e química, ecologicamente correto15, capacidade de aprimoramento de transferência de calor16 e comportamento de redução de atrito.

Ao avaliar as características de transferência de calor de um sistema de resfriamento, os MWCNTs/nanofluidos mostraram um aprimoramento significativo nas propriedades termofísicas medidas, como a condutividade térmica, uma vez que os CNTs possuem um valor quase 5 vezes maior que outros materiais convencionais . Consequentemente, a maior condutividade térmica dos MWCNTs/nanofluido garante uma melhor taxa de transferência de calor no sistema aplicado .

\) 0.1 are not significant and have little effect on the final equation and responses. Therefore, it is better to remove them from the final equation to increase the model's validity. All terms have a P-Value \(<\) 0.1 and are not excluded from the final equation. The P-value of the Lack of Fit term is more than 0.05 and is not significant. The Lack of Fit F-value of 1.92 indicates that the Lack of Fit is insignificant compared to the pure error. A "Lack of Fit F-value" of this magnitude has a 27.84 percent chance of occurring due to noise./p>\) 0.1 were removed from both tables, and the final values are provided in Tables 11 and 12. The Lack of Fit term is unimportant for both nanofluids, which revealed an acceptable agreement between the experimental and model results./p>

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