Influence du non

Jun 21, 2023

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 407 (2023) Citer cet article

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L'amélioration du taux de transfert de chaleur à l'intérieur des échangeurs de chaleur à double tube est importante pour les applications industrielles. Dans les travaux actuels, l'utilisation d'un champ magnétique non uniforme sur le taux de transfert de chaleur du flux de nanofluide circulant à l'intérieur d'échangeurs de chaleur à double tuyau est étudiée de manière approfondie. La technique informatique de CFD est utilisée pour la visualisation de l'hydrodynamique du nanofluide existant dans la source magnétique. Les influences de l'intensité magnétique et de la vitesse du nanofluide sur le transfert de chaleur sont également présentées. Un algorithme simple est utilisé pour la modélisation du flux de nanofluide incompressible avec ajout d'une source magnétique. Les résultats présentés montrent que la source magnétique intensifie la formation de la circulation dans l'espace du tube interne et, par conséquent, le transfert de chaleur est amélioré dans notre domaine. La comparaison de différentes géométries de tube révèle que le tube triangulaire est plus efficace pour améliorer le transfert de chaleur du flux de nanofluide. Nos résultats indiquent que le transfert de chaleur dans le tube de forme triangulaire est supérieur à celui des autres configurations et que ses performances sont 15 % supérieures à celles d'un tube lisse.

La gestion du processus de transfert de chaleur est importante pour le développement de systèmes et dispositifs d'ingénierie et industriels récents1,2. Plusieurs techniques et matériaux d'isolation ont été utilisés et présentés ces dernières années. Bien que la réduction du transfert de chaleur soit facilement accessible grâce à l’utilisation d’isolateurs, l’amélioration du transfert de chaleur n’est pas facilement réalisable en raison des limitations des matériaux. Parallèlement, l'amélioration du transfert de chaleur est davantage nécessaire dans les instruments et dispositifs industriels et techniques, c'est-à-dire les échangeurs de chaleur et les condenseurs3,4. L'importance d'un transfert thermique efficace a motivé les ingénieurs en mécanique et les chercheurs à trouver de nouvelles solutions et de nouveaux matériaux qui augmentent le transfert thermique dans les applications industrielles5.

L’application des ailettes est l’approche la plus conventionnelle et largement utilisée en raison de sa simplicité et de son faible coût. Dans cette méthodologie, la surface de contact de la source de chaleur avec l’extérieur est augmentée en ajoutant une ailette adjacente à une source de chaleur6,7. Bien que plusieurs articles aient étudié cette technique pour le taux de transfert de chaleur, l’efficacité du transfert de chaleur via les ailettes est limitée. Les effets de forme sont également considérés comme une méthode ancienne pour améliorer le transfert de chaleur8,9,10.

La principale révolution en matière de transfert de chaleur est réalisée grâce à l’ajout de nanoparticules au fluide de base. En fait, la présence de particules ferro à l’intérieur du fluide principal augmente considérablement en raison des caractéristiques ferro du mélange fluide11. L'ajout de nanoparticules ferro améliore la capacité thermique et la conductivité thermique du mélange fluide, ce qui augmente l'efficacité du transfert de chaleur dans les échangeurs de chaleur dans les applications réelles12,13. Des études théoriques sur le transfert de chaleur des nanofluides ont été largement réalisées pour obtenir des conditions efficaces. Au cours des dernières décennies, les progrès de la dynamique numérique des fluides ont permis aux chercheurs de modéliser et de simuler la modélisation du transfert de chaleur nanométrique dans des dispositifs industriels complexes et réels14,15. Ces recherches ont présenté des résultats significatifs sur le mécanisme de transfert de chaleur du fluide de base avec des nanoparticules ferro dans différents processus de fusion et d'ébullition. Ils ont également étudié les matériaux à changement de phase PCM via des méthodes CFD avec/sans nanoparticules16,17. Ces investigations ont révélé divers aspects de l’utilisation industrielle du nanofluide18.

L'application du champ magnétique augmente également considérablement le transfert de chaleur du ferrofluide en raison de la force exercée sur les particules ferro du flux de nanofluide19,20. Ce type de problème est principalement divisé en deux parties principales : les champs magnétiques uniformes et non uniformes. Bien que l’efficacité du champ magnétique uniforme soit plus inégale, la production du champ magnétique uniforme est une tâche presque difficile et nécessite suffisamment d’espace. De plus, son coût est supérieur au champ magnétique non uniforme obtenu grâce à l'existence du fil avec courant AC/DC. Compte tenu de la simplicité et du moindre coût des champs magnétiques non uniformes dans les applications industrielles, ce sujet est attrayant en science du génie thermique21,22. Les recherches expérimentales sur les champs magnétiques non uniformes ont été présentées dans le cadre de recherches limitées car la technique de mesure du transfert de chaleur dans ces conditions spécifiques est une tâche difficile23,24,25,26. Contrairement aux champs magnétiques uniformes, la simulation d'une source magnétique non uniforme nécessite une grande compétence pour la mise en œuvre du terme source dans les principales équations régissant le processus de modélisation27,28,29,30. Il existe peu d'enquêtes qui ont signalé l'existence d'un flux de ferrofluide dans un champ magnétique non uniforme. Dans cette étude, la simulation du flux d'eau avec des nanoparticules est étudiée dans l'existence du champ magnétique de non-homogénéité, comme illustré sur la figure 1.