avroenОмский научный вестник. Серия "Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение"Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power Engineering2588-03732587-764XОмский государственный технический университет10.25206/2588-0373-2025-9-3-47-56KWUXBPavroen-97Research ArticleЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ И ХИМИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕPOWER AND CHEMICAL ENGINEERINGМоделирование процессов тепломассопереноса в наножидкостях на примере параболического солнечного коллектораModeling of heat and mass transfer processes in nanofluids on the example of a parabolic solar collectorВдовинО. В.VdovinO. V.

ВДОВИН Олег Владиславович, аспирант кафедры «Теплоэнергетика»

644050, г. Омск, пр. Мира, 11

AuthorID (РИНЦ): 939315

VDOVIN Oleg Vladislavovich, Postgraduate оf the Heat Power Engineering Department

Omsk, Mira Ave., 11, 644050

AuthorID (RSCI): 939315

oleg95_15.03@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5168-2502СлободинаЕ. Н.SlobodinaE. N.

СЛОБОДИНА Екатерина Николаевна, кандидат технических наук, доцент кафедры «Теплоэнерге­тика»

644050, г. Омск, пр. Мира, 11

AuthorID (РИНЦ): 763109

ResearcherID: R-7340-2016

SLOBODINA Ekaterina Nikolaevna, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Heat Power Engineering Department

Omsk, Mira Ave., 11, 644050

AuthorID (RSCI): 763109

ResearcherID: R-7340-2016

slobodina_e@mail.ruМихайловА. Г.MikhailovA. G.

МИХАЙЛОВ Андрей Гаррьевич, кандидат техниче­ских наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Теплоэнергетика»

644050, г. Омск, пр. Мира, 11

AuthorID (РИНЦ): 385534

AuthorID (SCOPUS): 56503044200

MIKHAILOV Andrey Garrievich, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Associate Professor of the Heat Power Engineering Department

Omsk, Mira Ave., 11, 644050

AuthorID (RSCI): 385534

AuthorID (SCOPUS): 56503044200

Омский государственный технический университетРоссияOmsk State Technical UniversityRussian Federation202530092025934756Copyright © Вдовин О.В., Слободина Е.Н., Михайлов А.Г., 20252025Вдовин О.В., Слободина Е.Н., Михайлов А.Г.Vdovin O.V., Slobodina E.N., Mikhailov A.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ariem.omgtu.ru/jour/article/view/97

В статье представлены основные математические модели для численного моделирования процес­сов теплообмена, протекающих в наножидкости, — однофазная и двухфазная модели. Дано опи­сание устройства и принципа работы концентрирующего параболического солнечного коллектора. Выполнены расчетные исследования процессов теплообмена однофазным методом при ламинарном и турбулентном течении теплоносителей в гладкой поглощающей трубке и трубке с проволочным спиральным турбулизатором. В качестве теплоносителя использовалась чистая вода и наножидкость на основе воды с наночастицами Al2O3 объемной концентрацией 1 %. Размер наночастиц Al2O3 —50 нм. Проведен анализ влияния применения проволочного спирального турбулизатора в солнечном коллекторе в комбинации с наножидкостью в качестве теплоносителя на температурное распределе­ние в поглощающей трубке.

The article presents the main mathematical models for numerical simulation of heat transfer processes occurring in a nanofluid — single-phase and two-phase models. A description of the device and the principle of operation of a concentrating parabolic solar collector are demonstrated. The authors perform computational studies of heat transfer processes using the single-phase method with laminar and turbulent flow of heat transfer fluids in a smooth absorbing tube and a tube with a spiral turbulator wire. Pure water and a water-based nanofluid with Al2O3 nanoparticles with a volume concentration of 1 % are used as the heat transfer fluid. The size of Al2O3 nanoparticles is 50 nm. The research analyses the effect of using a spiral wire turbulator in a solar collector in combination with a nanofluid as a heat transfer fluid on the temperature distribution in the absorption tube.

наножидкостьконцентрирующийпараболическийсолнечный коллектородно­фазная модельдвухфазная модельтурбулизатор.nanofluidconcentratingparabolicsolar collectorsingle-phase modeltwo-phase modelturbulator.ReferencesSlobodina E. N., Mikhailov A. G. Application peculiarities of the higherature fluids containing nanoparticles in gas-tube boilers. Journal of Physics: Conference Series. 2020. Vol. 1652. P. 012037. DOI: 10.1088/1742-6596/1652/1/012037.Slobodina E. N., Mikhailov A. G. Application peculiarities of the higherature fluids containing nanoparticles in gas-tube boilers. Journal of Physics: Conference Series. 2020. Vol. 1652. P. 012037. DOI: 10.1088/1742-6596/1652/1/012037.Слободина Е. Н., Михайлов А. Г., Гасс Е. А. Экспери­ментальные и расчетные исследования процесса кипения на­ножидкости // Известия Транссиба. 2023. № 1 (53). С. 103– 109. EDN: NYYGES.Slobodina E. N., Mikhaylov A. G., Gass E. A. Eksperimental’nyye i raschetnyye issledovaniya protsessa kipeniya nanozhidkosti [Experimental and computational studies of the nanofluidic boiling process]. Izvestiya Transsiba. Journal of Transsib Railway Studies. 2023. No. 1 (53). P. 103–109. EDN: NYYGES. (In Russ.).Рудяк В. Я., Минаков А. В., Краснолуцкий С. Л. Физика и механика процессов теплообмена в течениях наножидко­стей // Физическая мезомеханика. 2016. Т. 19, № 1. С. 75–83. EDN: VSMFOJ.Rudyak V. Ya., Minakov A. V., Krasnolutskiy S. L. Fizika i mekhanika protsessov teploobmena v techeniyakh nanozhidkostey [Physics and mechanics of heat exchange processes in nanofluid flows]. Fizicheskaya mezomekhanika. Physical Mesomechanics. 2016. Vol. 19, no. 1. P. 75–83. EDN: VSMFOJ. (In Russ.).Maxwell J. C. A. Treatise on Electricity and Magnetism. Oxford, 1873. Vol. 1. 425 p.Maxwell J. C. A. Treatise on Electricity and Magnetism. Oxford, 1873. Vol. 1. 425 p.Hamilton R. L., Crosser O. K. Thermal conductivity of heterogeneous two-component systems. Industrial & Engineering Chemistry Fundamentals. 1962. Vol. 1, no. 3. P. 187–191. DOI: 10.1021/i160003a005.Hamilton R. L., Crosser O. K. Thermal conductivity of heterogeneous two-component systems. Industrial & Engineering Chemistry Fundamentals. 1962. Vol. 1, no. 3. P. 187–191. DOI: 10.1021/i160003a005.Bruggeman D. A. G. Berechnung verschiedener physikalischer Konstanten von heterogenen Substanzen. I. Dielektrizitätskonstanten und Leitfähigkeiten der Mischkörper aus isotropen Substanzen. Annalen Der Physik. 2006. Vol. 416, no. 7. P. 636–664. DOI: 10.1002/andp.19354160705.Bruggeman D. A. G. Berechnung verschiedener physikalischer Konstanten von heterogenen Substanzen. I. Dielektrizitätskonstanten und Leitfähigkeiten der Mischkörper aus isotropen Substanzen. Annalen Der Physik. 2006. Vol. 416, no. 7. P. 636–664. DOI: 10.1002/andp.19354160705.Yu W., Choi S. U. S. The role of interfacial layers in the enhanced thermal conductivity of nanofluids: A renovated maxwell model. Journal of Nanoparticle Research. 2003. Vol. 5. P. 167–171. DOI: 10.1023/a:1024438603801.Yu W., Choi S. U. S. The role of interfacial layers in the enhanced thermal conductivity of nanofluids: A renovated maxwell model. Journal of Nanoparticle Research. 2003. Vol. 5. P. 167–171. DOI: 10.1023/a:1024438603801.Xue Q., Xu W. M. A model of thermal conductivity of nanofluids with interfacial shells. Materials Chemistry and Physics. 2005. Vol. 90. P. 298–301. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2004.05.029.Xue Q., Xu W. M. A model of thermal conductivity of nanofluids with interfacial shells. Materials Chemistry and Physics. 2005. Vol. 90. P. 298–301. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2004.05.029.Xuan Y., Li Q., Hu W. Aggregation structure and thermal conductivity of nanofluids. AIChE Journal. 2003. Vol. 49, no. 4. P. 1038–1043. DOI: 10.1002/aic.690490420.Xuan Y., Li Q., Hu W. Aggregation structure and thermal conductivity of nanofluids. AIChE Journal. 2003. Vol. 49, no. 4. P. 1038–1043. DOI: 10.1002/aic.690490420.Koo J., Kleinstreuer C. A new thermal conductivity model for nanofluids. Journal of Nanoparticle Research. 2004. Vol. 6. P. 577–588. DOI: 10.1007/s11051-004-3170-5.Koo J., Kleinstreuer C. A new thermal conductivity model for nanofluids. Journal of Nanoparticle Research. 2004. Vol. 6. P. 577–588. DOI: 10.1007/s11051-004-3170-5.Chon C. H., Kihm K. D., Lee S. P. [et al.]. Empirical correlation finding the role of temperature and particle size for nanofluid (Al2O3) thermal conductivity enhancement. Applied Physics Letters. 2005. Vol. 87, no. 15. P. 153107. DOI: 10.1063/1.2093936.Chon C. H., Kihm K. D., Lee S. P. [et al.]. Empirical correlation finding the role of temperature and particle size for nanofluid (Al2O3) thermal conductivity enhancement. Applied Physics Letters. 2005. Vol. 87, no. 15. P. 153107. DOI: 10.1063/1.2093936.Wang B.-X., Zhou L.-P., Peng X.-F. A fractal model for predicting the effective thermal conductivity of liquid with suspension of nanoparticles. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2003. Vol. 46, no. 14. P. 2665–2672. DOI: 10.1016/s0017-9310(03)00016-4.Wang B.-X., Zhou L.-P., Peng X.-F. A fractal model for predicting the effective thermal conductivity of liquid with suspension of nanoparticles. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2003. Vol. 46, no. 14. P. 2665–2672. DOI: 10.1016/s0017-9310(03)00016-4.Udawattha D. S., Narayana M. Development of a Model for Predicting the Effective Thermal Conductivity of Nanofluids: A Reliable Approach for Nanofluids Containing Spherical Nanoparticles. Journal of Nanofluids. 2018. Vol. 7, no. 1. P. 129–140. DOI: 10.1166/jon.2018.1428.Udawattha D. S., Narayana M. Development of a Model for Predicting the Effective Thermal Conductivity of Nanofluids: A Reliable Approach for Nanofluids Containing Spherical Nanoparticles. Journal of Nanofluids. 2018. Vol. 7, no. 1. P. 129–140. DOI: 10.1166/jon.2018.1428.Pak B. C., Choi Y. I. Hydrodynamic and heat transfer study of dispersed fluids with submicron metallic oxide particles. Experimental Heat Transfer. 1998. Vol. 11, no. 2. P. 151–170. DOI: 10.1080/08916159808946559.Pak B. C., Choi Y. I. Hydrodynamic and heat transfer study of dispersed fluids with submicron metallic oxide particles. Experimental Heat Transfer. 1998. Vol. 11, no. 2. P. 151–170. DOI: 10.1080/08916159808946559.Jang S. P., Choi S. U. S. Role of Brownian motion in the enhanced thermal conductivity of nanofluids. Applied Physics Letters. 2004. Vol. 84, no. 21. P. 4316–4318. DOI: 10.1063/1.1756684.Jang S. P., Choi S. U. S. Role of Brownian motion in the enhanced thermal conductivity of nanofluids. Applied Physics Letters. 2004. Vol. 84, no. 21. P. 4316–4318. DOI: 10.1063/1.1756684.Timofeeva E. V., Moravek M. R., Singh D. Improving the heat transfer efficiency of synthetic oil with silica nanoparticles. Journal of Colloid and Interface Science. 2011. Vol. 364, no. 1. P. 71–79. DOI: 10.1016/j.jcis.2011.08.004.Timofeeva E. V., Moravek M. R., Singh D. Improving the heat transfer efficiency of synthetic oil with silica nanoparticles. Journal of Colloid and Interface Science. 2011. Vol. 364, no. 1. P. 71–79. DOI: 10.1016/j.jcis.2011.08.004.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.