Исследование специалистов-энергетиков из ЮУрГУ позволит улучшить систему работы теплообменников, правильно используя наножидкости и нанодобавки, сообщили в пресс-службе проекта повышения конкурентоспособности российских вузов «5−100». Ученые рассмотрели два типа наножидкостей, представленных гидрофторэфирами, и составили рекомендации для коллег. Результаты исследования опубликованы в высокорейтинговом журнале Thermal Science and Engineering Progress (Q1).

Наножидкость
Наножидкость

Технологические процессы нефтеперерабатывающей, химической, атомной, холодильной, газовой отраслей промышленности сложно представить без использования теплообменников — технических устройств, передающих тепло от носителя до холодного объекта. Для получения представления о тепловых характеристиках системы нужно рассмотреть ряд ее параметров, в том числе коэффициенты теплопередачи.

Ранее задача решалась аналитическими методами, для этого использовали распространенные хладагенты. С появлением наножидкостей типа гидрофторэфиров расчеты стали вновь востребованы.

Международная команда исследователей из России, Малайзии, Китая и Ирана численно оценила характеристики теплопередачи при использовании в качестве теплоносителей гидрофторэфиров. Анализ генерации энтропии (неопределенности системы) ламинарным (перемещающимся слоями) потоком наножидкости был проведен в горизонтальной трубке круглого сечения диаметром 3 мм с равномерным тепловым потоком. Исследование проводилось с помощью программного обеспечения ANSYS.

Идея исследования наножидкостей для теплообменников принадлежит ученым Южно-Уральского государственного университета, д. т. н., профессору кафедры «Электрические станции, сети и системы электроснабжения» Евгению Соломину и доктору Мухаммаду Язди. Они рассмотрели два типа наножидкостей, которые получают путем диспергирования (измельчения) наночастиц оксида алюминия (Al2O3) и диоксида кремния (SiO2) в чистом гидрофторэфире HFE7000 (негорючей не вызывающей коррозии озонобезопасной жидкости) с разными объемными концентрациями.

«Результаты показали, что средний перепад давления уменьшается примерно на 25% при использовании граничного условия скольжения на стенке. Кроме того, при использовании трубы со скользящей стенкой с длиной скольжения 100 мкм и 6%-й объемной концентрацией Al2O3, диспергированной оксидом алюминия, общая генерация энтропии уменьшается примерно на 20% по сравнению с чистым гидрофторэфиром, протекающим в трубе без скольжения. Таким образом, найден инновационный способ использования наножидкостей с определенными добавками нано‑ и микросфер для проточной наносмазки трубопроводов в системах солнечных коллекторов с повышением КПД на более чем 10%», — пояснил Евгений Соломин.

По результатам исследования ученые составили рекомендации по использованию типов наножидкостей и нанодобавок в теплообменниках. Они будут полезны для систем солнечных коллекторов, собирающих тепловую энергию и использующихся в проектах по солнечному нагреву и опреснению воды.

Ученые намерены развивать тему: опубликованная работа положила начало целому спектру гидро-газодинамических исследований. Кроме того, аналогичные работы ведутся учеными ЮУрГУ совместно с итальянскими коллегами из Падуанского университета. Они изучают течения в роторах ветроэнергетических установок Н-Дарье. С малазийским университетом ученые ЮУрГУ сотрудничают в области исследования вентиляционного оборудования.