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Oct 09, 2023

A aplicação de não

Relatórios Científicos volume 13,

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 8471 (2023) Citar este artigo

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A melhoria da transferência de calor dentro dos trocadores de calor solar é importante para o desenvolvimento da energia solar em uma área urbana. Neste estudo, o uso de um campo magnético não uniforme na eficiência térmica do nanofluido (Fe3O4) fluindo dentro do tubo em U de trocadores de calor solar é examinado. A dinâmica de fluidos computacional é aplicada para visualizar o fluxo de nanofluido dentro do trocador de calor solar. O papel da intensidade magnética e do número de Reynolds na eficiência térmica são totalmente investigados. O efeito de fontes simples e triplas do campo magnético também é estudado em nossa pesquisa. Os resultados obtidos indicam que o uso do campo magnético resulta na produção de vórtice no fluido base e melhora na transferência de calor dentro do domínio. Nossa descoberta indica que o uso do campo magnético com Mn = 25 K melhoraria a transferência média de calor em cerca de 21% ao longo do tubo em U dos trocadores de calor solar.

O avanço térmico dos trocadores de calor é fundamental para economizar custos e ambientes. O desempenho dos trocadores de calor é crucial em diferentes indústrias, uma vez que são amplamente utilizados em indústrias, ou seja, usinas de energia, plantas petroquímicas e refinarias de petróleo, bem como usuários domésticos1,2,3. A importância deste dispositivo para a preservação do meio ambiente é mencionada em trabalhos anteriores, pois reduzirá as emissões de CO2 pela queima de óleo para produção de energia. Por outro lado, um novo tipo de recurso energético como a energia solar torna-se econômico quando o desempenho dos trocadores de calor é alto o suficiente4,5.

O desenvolvimento de novas fontes de energia é muito importante, pois a atual fonte de energia não dura mais de dois séculos6,7. Assim, a energia renovável tornou-se o principal tema para os pesquisadores como o melhor substituto para o petróleo bruto8,9. Além disso, a redução da poluição não é alcançada pela fonte clássica de energia, pois a produção de CO2 é inevitável na queima do petróleo bruto10,11. Dentre as energias renováveis ​​disponíveis, a energia solar tem sido considerada uma fonte confiável de energia devido à acessibilidade e baixo custo, principalmente para usuários domésticos12,13. Embora as usinas de energia solar não sejam comparáveis ​​com outras usinas de energia (ou seja, nuclear) para produção de energia em grande escala, essa fonte de energia pode ser usada de forma eficiente para usuários de pequena escala que vivem longas distâncias de áreas urbanas14,15,16,17. Assim, o uso de sistemas solares para a produção de fontes de energia para usuários domésticos aumentou nos últimos três anos devido ao aumento do preço do petróleo18,19,20.

A utilização de nanopartículas tem avançado expressivamente na eficiência dos atuais trocadores de calor21,22. De fato, as partículas de ferro melhoram extensivamente a capacidade térmica do fluido base nos trocadores de calor e isso economiza o desempenho dos painéis solares para fornecer a água quente necessária para os usuários domésticos23,24,25. A capacidade de calor do nanofluido tem aumentos substanciais com o uso do campo magnético. De fato, a aplicação da fonte magnética próxima ao tubo com a corrente de nanofluido resulta na perturbação do fluido, e uma estrutura de vórtice é produzida na corrente de nanofluido26,27. Portanto, a transferência de calor se intensifica dentro dos trocadores de calor. Essa característica do fluxo do nanofluido foi exaustivamente investigada em outro processo, ou seja, ebulição e fusão, pois isso alteraria as propriedades térmicas do processo28,29,30. Embora o uso de uma fonte magnética uniforme ou não uniforme próxima ao nanofluido com partículas de ferro tenha sido explorado em pesquisas atuais, esse aspecto do fluxo do nanofluido não foi explorado de forma abrangente em diferentes seções dos trocadores de calor31,32,33. Na maioria desses estudos, uma abordagem teórica é utilizada para a análise térmica do fluxo de nanofluidos34,35,36. A técnica numérica da Fluidodinâmica Computacional também é utilizada para a investigação da transferência de calor de trocadores de calor37,38. Devido ao baixo custo das investigações computacionais, esta técnica é considerada como o método inicial para a pré-avaliação de novas abordagens inovadoras para o desenvolvimento de pesquisas atuais39,40. Embora várias investigações tenham focado no campo magnético uniforme para a melhoria dos trocadores de calor, o campo magnético não uniforme foi estudado em artigos limitados por meio da dinâmica dos fluidos computacional41,42,43.