A aplicação de não

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 8471 (2023) Citar este artigo

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A melhoria da transferência de calor dentro dos trocadores de calor solares é importante para o desenvolvimento da energia solar em área urbana. Neste estudo, é examinado o uso de um campo magnético não uniforme na eficiência térmica do fluxo de nanofluido (Fe3O4) dentro do tubo de retorno de trocadores de calor solares. A dinâmica de fluidos computacional é aplicada para visualizar o fluxo de nanofluidos dentro do trocador de calor solar. O papel da intensidade magnética e do número de Reynolds na eficiência térmica é totalmente investigado. O efeito de fontes simples e triplas do campo magnético também é estudado em nossa pesquisa. Os resultados obtidos indicam que a utilização do campo magnético resulta na produção de vórtices no fluido base e melhora a 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 de retorno dos trocadores de calor solares.

O avanço térmico dos trocadores de calor é fundamental para economizar ambientes e custos. 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 em usuários domésticos1,2,3. A importância deste dispositivo para a poupança do ambiente é mencionada em trabalhos anteriores, uma vez que irá reduzir as emissões de CO2 através da queima de petróleo para produção de energia. Por outro lado, um novo tipo de recurso energético como a energia solar torna-se económico quando o desempenho dos permutadores de calor é suficientemente elevado4,5.

O desenvolvimento de novas fontes de energia é muito importante uma vez que a atual fonte de energia não é durável por mais de dois séculos6,7. Assim, a energia renovável tornou-se o principal tema dos investigadores como o melhor substituto para o petróleo bruto8,9. Além disso, a redução da poluição não é alcançada pela fonte clássica de energia, uma vez que 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 ao baixo custo, principalmente para usuários domésticos12,13. Embora as centrais de energia solar não sejam comparáveis ​​com outras centrais eléctricas (ou seja, nucleares) para produção de energia em grande escala, esta fonte de energia poderia ser utilizada de forma eficiente para utilizadores de pequena escala que vivem a longas distâncias das áreas urbanas14,15,16,17. Assim, a utilização de sistemas solares para a produção de fontes de energia para utilizadores domésticos aumentou nos últimos três anos, aumentando o preço do petróleo18,19,20.

A utilização de nanopartículas avançou expressivamente a eficiência dos atuais trocadores de calor21,22. Na verdade, 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 aos usuários domésticos23,24,25. A capacidade térmica do nanofluido aumenta substancialmente 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 nanofluido . Portanto, a transferência de calor se intensifica dentro dos trocadores de calor. Esta característica do fluxo do nanofluido foi investigada exaustivamente em outro processo, ou seja, fervura e fusão, uma vez que isso alteraria as propriedades térmicas do processo . Embora o uso de uma fonte magnética uniforme ou não uniforme próxima ao nanofluido com partículas de ferro tenha sido explorado na pesquisa atual, este aspecto do fluxo do nanofluido não foi explorado de forma abrangente em diferentes seções dos trocadores de calor . Na maioria desses estudos, uma abordagem teórica é utilizada para a análise térmica do fluxo de nanofluidos34,35,36. A técnica numérica de dinâmica de fluidos computacional também é utilizada para 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 se concentrado no campo magnético uniforme para o aprimoramento de trocadores de calor, o campo magnético não uniforme foi estudado em artigos limitados por meio de dinâmica de fluidos computacional .