Моделирование процессов тепломассопереноса в наножидкостях на примере параболического солнечного коллектора
https://doi.org/10.25206/2588-0373-2025-9-3-47-56
EDN: KWUXBP
Аннотация
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.
Ключевые слова
Об авторах
О. В. ВдовинРоссия
ВДОВИН Олег Владиславович, аспирант кафедры «Теплоэнергетика»
644050, г. Омск, пр. Мира, 11
AuthorID (РИНЦ): 939315
Е. Н. Слободина
Россия
СЛОБОДИНА Екатерина Николаевна, кандидат технических наук, доцент кафедры «Теплоэнергетика»
644050, г. Омск, пр. Мира, 11
AuthorID (РИНЦ): 763109
ResearcherID: R-7340-2016
А. Г. Михайлов
Россия
МИХАЙЛОВ Андрей Гаррьевич, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Теплоэнергетика»
644050, г. Омск, пр. Мира, 11
AuthorID (РИНЦ): 385534
AuthorID (SCOPUS): 56503044200
Список литературы
1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. Maxwell J. C. A. Treatise on Electricity and Magnetism. Oxford, 1873. Vol. 1. 425 p.
5. 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.
6. 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.
7. 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.
8. 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.
9. 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.
10. 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.
11. 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.
12. 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.
13. 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.
14. 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.
15. 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.
16. 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.
Рецензия
Для цитирования:
Вдовин О.В., Слободина Е.Н., Михайлов А.Г. Моделирование процессов тепломассопереноса в наножидкостях на примере параболического солнечного коллектора. Омский научный вестник. Серия "Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение". 2025;9(3):47-56. https://doi.org/10.25206/2588-0373-2025-9-3-47-56. EDN: KWUXBP
For citation:
Vdovin O.V., Slobodina E.N., Mikhailov A.G. Modeling of heat and mass transfer processes in nanofluids on the example of a parabolic solar collector. Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power Engineering. 2025;9(3):47-56. (In Russ.) https://doi.org/10.25206/2588-0373-2025-9-3-47-56. EDN: KWUXBP
JATS XML


















