Влияние наночастиц смеси CuO/CeO2 на производительность парокомпрессионной холодильной системы

Oct 16, 2023

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 8889 (2022) Цитировать эту статью

851 Доступов

2 цитаты

Подробности о метриках

Это исследование было построено на основе экспериментальных результатов на простой холодильной системе, использующей R134a в качестве хладагента. Основываясь на реальных размерах системы и результатах экспериментов, для моделирования системы использовалось программное обеспечение Ansys Fluent для подготовки системы к теоретическому внедрению наночастиц. Поскольку процесс получения наночастиц является дорогостоящим, в этом исследовании представлен простой, легкий и недорогой метод процесса получения на основе дистиллированной воды, аммиака, нитрата меди и нитрата церия для синтеза семи типов наночастиц в виде одного оксида и в виде смесь двух разных оксидов. Результаты приготовления с использованием рентгеновской дифракции и сканирующей электронной микроскопии подтвердили, что частицы имели сферическую форму с подходящими средними диаметрами в диапазоне 78,95 нм, 79,9 нм, 44,15 нм и 63,3 нм для оксида меди, оксида церия. , первую смесь и вторую смесь соответственно. Теоретическое исследование подтвердило, что как оксид меди, так и оксид церия, а также смесь, состоящая из обоих, улучшают производительность холодильной системы и снижают потребление энергии. Более того, использование имеющихся в литературе численных уравнений для расчета теплофизических свойств показало улучшение этих свойств с увеличением концентрации наночастиц при смешивании с R134a.

Большинство текущих исследований сосредоточено на повышении производительности холодильных систем и кондиционеров, поскольку они относятся к наиболее энергоемким секторам. Для улучшения термических свойств рабочей жидкости очень мелкие частицы размером от миллиметров до микрометров диспергируются внутри базовой жидкости, что было сделано Максвеллом в 1873 году, но эта попытка столкнулась со многими проблемами, включая стабильность, засорение и эрозия. В конце двадцатого века. Чой представил новую концепцию рабочей жидкости, в которой наночастицы диспергируются внутри первичной жидкости для улучшения ее тепловых свойств1,2. Наножидкости классифицируются следующим образом: (i) мононаножидкости, которые состоят из одинаковых наночастиц; (ii) гибридные наножидкости, которые состоят из разнородных наночастиц; и (iii) гибридные наножидкости, состоящие из композитных наночастиц1. Для достижения наилучших свойств теплопередачи между жидкостями и наночастицами необходимо обеспечить следующее: (i) дисперсность наночастиц (ii) стабильность наночастиц (iii) химическую совместимость наночастиц и (iv) термическую стабильность наножидкостей3. Недавно была разработана концепция наножидкостей, включающая хладагенты в качестве нанохладагентов и смазочные масла в качестве наносмазок, при этом метод приготовления ограничивается использованием одноэтапного и двухэтапного метода. На двухэтапном этапе наночастицы изготавливаются в виде порошка, а затем помещаются в базовую жидкость с последующим применением нескольких типов методов диспергирования, таких как перемешивание с помощью ультразвуковой или магнитной силы, гомогенизация и смешивание с высоким усилием сдвига для диспергирования наночастиц внутри смеси. . Одностадийный метод основан на конденсации пара нанофазных порошков в жидкость путем снижения давления и немедленном растворении их внутри жидкости4,5.

В этом разделе будут представлены новейшие исследования и результаты, включающие добавление наночастиц в холодильные системы, а также влияние наночастиц на улучшение теплофизических свойств рабочего тела.

Виджаякумар и др.6 изучали влияние наносмазок на работу холодильников на основе диоксида алюминия, смешанного с полиэфирным маслом, и в качестве хладагента было заправлено 60 г R602a. Результаты показали, что улучшение охлаждающей способности и коэффициента полезного действия составило 6,09% и 20,09% соответственно, а снижение потребляемой мощности составило 15,78%. Чой и др.7 изучали влияние наносмазок на производительность холодильников на основе 0,1 мас.% МУНТ, диспергированных в полиэфирном масле, а в качестве хладагента использовался R134a. Результаты показали, что энергопотребление снизилось на 17%. Сентилкумар и др.8 изучали влияние наносмазок на производительность холодильников на основе гибридных наночастиц Al2O3 и SiO2, а в качестве хладагента использовали 60 г R600a. Результаты показали, что улучшение КПД и холодопроизводительности составило 30 и 25% соответственно, а потребляемая мощность снизилась на 80 Вт. на CuO и SiO2, а в качестве хладагентов использовались 40 и 60 г R600a. Результаты показали, что как КПД, так и холодопроизводительность улучшились на 35% и 18% соответственно, а снижение потребляемой мощности составило 75 Вт. Сентилкумар и др.10 изучили влияние наносмазок на производительность холодильной системы на основе 0, В полиэфирное масло добавляли 0,2, 0,4 и 0,6 г/л SiO2 и заправляли R410A в качестве хладагентов. Результаты показали, что 0,4 г/л SiO2 обеспечивает наилучшую охлаждающую способность, снижает потребляемую мощность на 80 Вт и повышает КПД на 1,7. Сентилкумар и др.11 изучали влияние наносмазок на производительность холодильной системы на основе гибридных наночастиц ZnO/SiO2 0,4 г/л и 0,6 г/л, а в качестве хладагента использовался R600a. Результаты показали, что 0,6 г/л ZnO/SiO2 обеспечивает высокую охлаждающую способность 180 Вт и увеличивает КПД на 1,7, в то время как меньшая потребляемая мощность составляет 78 Вт. Сентилкумар и др.12 изучали влияние наносмазок на производительность в качестве хладагента заправлялась холодильная система на основе 0,2, 0,4 и 0,6 г/л гибридных наночастиц CuO/Al2O3 и 70 г R600a. Результаты показали, что добавление CuO/Al2O3 улучшило как КПД, так и холодопроизводительность на 27% и 20% соответственно, а снижение потребляемой мощности составило 24%. Джавади и др.13 исследовали влияние наносмазок на производительность холодильников на основе 0,1% мас. Al2O3. Результаты показали, что содержание 0,1% по массе Al2O3 снижает потребляемую мощность на 2,69%. Гилл и др.14 изучали влияние наносмазок на производительность бытового холодильника на основе TiO2 в концентрации 0,2, 0,4 и 0,6 г/л, смешанного с маслом (Capella D) в качестве альтернативы R134a, и в качестве хладагента был заправлен сжиженный нефтяной газ. . Результаты показали, что холодопроизводительность и КПД выше, чем у R134a на 18,74–32,72 и 10,15–61,49 % соответственно. Кроме того, потребляемая мощность была ниже, чем у R134a примерно на 3,20–18,1. Картик и др.15 изучали влияние наносмазок на работу холодильной системы на следующих образцах: образец 1 (минеральное масло + 0,02 об.% Al2O3 + 0,01 об.% TiO2), образец 2 (минеральное масло + 0,01 об.% Al2O3). + 0,005 об. % TiO2), образец 3 (минеральное масло + 0,05 об. % Al2O3) и образец 4 (минеральное масло + 0,02 об. % Al2O3 + 0,02 об. % ZnO). В качестве хладагента использовался R600a. Результаты показали, что COP увеличился на 14,61%. Все наносмазки обладают способностью улучшать КПД и экономить энергопотребление. Аделекан и др.16 исследовали влияние наносмазок на работу бытового холодильника на основе TiO2 0,2, 0,4 и 0,6 г/л, в качестве хладагента использовался сжиженный нефтяной газ. Результаты показали, что наносмазки позволили снизить энергопотребление на 14%, 9% и 8% соответственно. Субхедар и др.17 изучали влияние наносмазок на производительность холодильной системы на основе 0,05 об.%, 0,075 об.%, 0,1 об.% и 0,2 об.% Al2O3, добавленного к минеральному маслу, а в качестве хладагента использовался R134a. Результаты показали, что 0,075 об.% обеспечили наилучшее улучшение КПД примерно на 85% и сэкономили примерно 27% мощности компрессора. Кроме того, сообщалось, что 0,075 об.% является лучшей концентрацией для холодильной системы. Бабаринде и др.18 изучали влияние наносмазок на производительность холодильника на основе 0,4 и 0,6 г/л TiO2, добавленного в минеральное масло, и R600a, заправленного в качестве хладагента в качестве альтернативы R134a. Результаты показали, что 0,4 г/л TiO2 обеспечивает максимальное значение COP и минимальное значение энергопотребления. Селимефендигил и Бингёлбалы19 исследовали влияние наносмазок на производительность парокомпрессионной холодильной системы на основе 0,5 об.%, 0,8 об.% и 1 об.% TiO2, добавленного к полиэтиленгликолю, и R134a, заправленного в качестве хладагента. Результаты показали, что 0,5 об.%, 0,8 об.% и 1 об.% позволили улучшить КПД примерно на 1,43%, 15,72% и 21,42% соответственно; 1 об.% экономил потребление энергии на 15%. Сундарарай и Маниваннан20 исследовали влияние наносмазок на производительность парокомпрессионной холодильной системы на основе 0,1 об.% Au, 0,2 об.% Au, 0,1 об.% HAuCl4, 0,2 об.% HAuCl4, 0,1 об.% Au и 0,05 об.% CNT, 0,2 об. об.% Au и 0,02 об.% УНТ, смешанных с полиэтиленгликолевым маслом, а в качестве хладагента был заправлен R134a. Результаты показали, что 0,2 об.% Au и 0,02 об.% УНТ обеспечивают самое низкое энергопотребление по сравнению с другими составами, самую высокую охлаждающую способность и лучшее значение COP. Пейяла и др.21 изучали влияние наносмазок на производительность парокомпрессионной холодильной системы на основе смеси Al2O3 с содержанием от 0,1 до 0,2 об.% с минеральным маслом, а в качестве хладагента был заправлен R410a. Результаты показали, что значения COP увеличиваются с увеличением концентрации наночастиц. Бабаринде и др.22 изучали влияние наносмазок на производительность парокомпрессионной холодильной системы на основе графена в концентрации 0,2, 0,4 и 0,6 г/л, смешанного с минеральным маслом, и в качестве хладагента был заправлен R600a. Результаты показали, что наносмазки показали самое низкое энергопотребление и самый высокий КПД. Аделекан и др.23 изучали влияние наносмазок на производительность бытового холодильника на основе 0,1 г/л, 0,3 г/л и 0,5 г/л TiO2, смешанного с минеральным маслом, и в качестве хладагента был заправлен R600a. Результаты показали, что наносмазки демонстрировали максимальные значения COP и охлаждающей способности, которые составляли 4,99 и 290,83 кДж/кг соответственно. Аджайи и др.24 изучали влияние наносмазок на производительность парокомпрессионной холодильной системы на основе 0,5 г/л Al2O3, добавленного к маслу (Capella D), и 100 г R134a, заправленного в качестве хладагента. Результаты показали, что наносмазка позволила улучшить как охлаждающую способность, так и КПД, а также сэкономить потребление энергии. Сентилкумар и Андерсон25 исследовали влияние наносмазок на производительность парокомпрессионной холодильной системы на основе 0,2 г/л, 0,4 г/л и 0,6 г/л SiO2, смешанного с полиэфирным маслом, и R410A, заправленного в качестве хладагента. Результаты показали, что содержание SiO2 0,4 г/л улучшило как холодопроизводительность, так и коэффициент полезного действия, а также снизило потребление энергии. Сентилкумар и др.26 исследовали влияние наносмазок на производительность парокомпрессионной холодильной системы на основе 0,4 г/л и 0,6 г/л Al2O3/SiO2, а в качестве хладагентов использовались 40 и 60 г R600a. Результаты показали, что 0,6 г/л и 60 г R600a обеспечивают максимальную холодопроизводительность, максимальный КПД и минимальную работу компрессора.