1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Теплоэнергетика
  4. № 5, 2024

Теплоэнергетика, 2024, № 5, стр. 87-100

Исследование нагрева и испарения вращающейся графеновой наножидкости под действием солнечного излучения

К. Т. Чан a, *, А. С. Дмитриев a, И. А. Михайлова a, П. Г. Макаров a

a Национальный исследовательский университет “Московский энергетический институт”
111250 Москва, Красноказарменная ул., д. 14, Россия

* E-mail: tranqth.96@gmail.com

Поступила в редакцию 12.09.2023
После доработки 08.11.2023
Принята к публикации 29.11.2023

Аннотация

Конверсия солнечного излучения в пар является сегодня одним из трендов “зеленой” энергетики (солнечная теплоэнергетика), экологии и получения чистой воды. Впервые проведено исследование нагрева и испарения вращающейся графеновой наножидкости под действием излучения солнечного имитатора. Рассмотрено влияние различных факторов на эти процессы, включая направление облучения, концентрацию графена и скорость вращения жидкости. Показано, что скорость испарения существенно зависит от концентрации графена и способа облучения образцов. При облучении образцов сбоку по мере повышения концентрации графена средняя скорость испарения увеличивается и достигает максимального значения, а затем падает. При облучении образцов сверху и прямом контакте межфазной поверхности “жидкость – воздух” с падающим излучением наблюдается только снижение скорости испарения по мере повышения концентрации графена. При этом нагрев графена зависит также от способа облучения образца. При прямом контакте с излучением графен нагревается до высокой температуры, в то время как в объеме он нагревается менее эффективно, чем базовая жидкость (дистиллированная вода). Показано, что скорость испарения с поверхности вращающейся графеновой наножидкости и температура ее объема существенно зависят от скорости вращения. Установлено, что из всех исследуемых образцов наиболее эффективно нагревается графеновая наножидкость объемной концентрацией 0.5%. Применение теплоизоляции может улучшить нагрев примерно на 5%. Представлен аналитический расчет профиля межфазной поверхности и определена ее площадь при разных скоростях вращения жидкости. Выявлены некоторые эффекты, возникающие при вращении графеновой наножидкости, и их влияние на параметры гидродинамики и тепломассообмена, что важно для фундаментальных и прикладных задач энергетики.

Ключевые слова: графеновая наножидкость, вращающаяся жидкость, солнечное излучение, форма межфазной поверхности, нагрев и испарение, скорость испарения, теплоизодяция, тепловые потери, энергетический баланс

Список литературы

  1. Дмитриев А.С., Клименко А.В. Преобразование солнечного излучения в пар – новые возможности на основе наноматериалов (обзор) // Теплоэнергетика. 2020. № 2. С. 3–19. https://doi.org/10.1134/S0040363620020010

  2. Дмитриев А.С., Клименко А.В. Перспективы использования двумерных наноматериалов в энергетических технологиях (обзор) // Теплоэнергетика. 2023. № 8. С. 3–26. https://doi.org/10.56304/S0040363623080015

  3. Экспериментальное исследование процесса испарения капель наножидкостей на подложке под действием солнечного излучения / К.Т. Чан, А.С. Дмитриев, П.Г. Макаров, И.А. Михайлова // Коллоид. журн. 2023. Т. 85. № 6. С. 1–12. https://doi.org/10.31857/S0023291223600761

  4. Recent advances in preparation methods and thermophysical properties of oil-based nanofluids: A state-of-the-art review / A. Asadi, A. Sadegh, M. Alireza, P. Farzad, Z. Gawel // Powder Technol. 2019. V. 352. No. 15. P. 209–226. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2019.04.054

  5. Effect of sonication characteristics on stability, thermophysical properties, and heat transfer of nanofluids: A comprehensive review / A. Asadi, F. Pourfattah, I.M. Szilágyi, M. Afrand, G. Żyła, H.S. Ahn // Ultrasonics Sonochemistry. 2019. V. 58. P. 104701. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2019.104701

  6. Synthesis, heat transport mechanisms and thermophysical properties of nanofluids: A critical overview / M. Awais, A.A Bhuiyan, S. Salehin, M.M. Ehsan, B. Khan, M.H. Rahman // Int. J. Thermofluids. 2021. V. 10. No. 4. P. 100086. https://doi.org/10.1016/j.ijft.2021.100086

  7. Role of nanomaterials and surfactants for the preparation of graphene nanofluid: A review / K. Alexander, S.S. Gajghate, A.S. Katarkar, A. Majumder, S. Bhaumik // Mater. Today: Proc. 2020. V. 44. P. 1136–1143. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.11.231

  8. Demirkır Ç., Erturk H. Rheological and thermal characterization of graphene-water nanofluids: Hysteresis phenomenon // Int. J. Heat Mass Transfer. 2019. V. 149. P. 119113. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.119113

  9. Ilyas S.U., Ridha S., Kareem F.A.A. Dispersion stability and surface tension of SDS-Stabilized saline nanofluids with graphene nanoplatelets // Colloids Surf., A. 2020. V. 592. P. 124584. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2020.124584

  10. Surfactants versus surface functionalization to improve the stability of graphene nanofluids / C. Zapata-Hernandez, G. Durango-Giraldo, L. Diana, K. Cacua // J. Dispersion Sci. Technol. 2021. V. 43. No. 1. P. 1–8. https://doi.org/10.1080/01932691.2021.1880429

  11. Experimental study on characteristics of grinded graphene nanofluids with surfactants / H. Seong, G. Kim, J. Jeon, H. Jeong, J. Noh // Mater. 2018. V. 11. No. 6. P. 950. https://doi.org/10.3390/ma11060950

  12. A bibliometric analysis of research and development of nanofluids / A. Svobodova-Sedlackova, A. Calderón, C. Barreneche, R. Salgado-Pizarro, P. Gamallo, A. Inés Fernandez // J. Nanofluids. 2023. V. 12. No. 1. P. 157–172. https://doi.org/10.1166/jon.2023.1924

  13. Rotating-drum solar still with enhanced evaporation and condensation techniques: Comprehensive study / A.S. Abdullah, F.A. Essa, Z.M. Omara, Y. Rashid, L. Hadj-Taieb, G.B. Abdelaziz // Energy Convers. Manage. 2019. V. 199. P. 112024. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2019.112024

  14. Thermo-hydraulic performance of a circular microchannel heat sink using swirl flow and nanofluid / A.M. Ali, A. Rona, H.T. Kadhim, M. Angelino, S. Gao // Appl. Therm. Eng. 2021. V. 191. No. 1–2. P. 116817. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2021.116817

  15. Thermo-hydraulic performance of a biological nanofluid containing graphene nanoplatelets within a tube enhanced with rotating twisted tape / M. Bahiraei, N. Mazaheri, F. Aliee, M.R. Safaei // Powder Technol. 2019. V. 355. P. 278–288. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2019.07.053

  16. Gul T., Firdous K. The experimental study to examine the stable dispersion of the graphene nanoparticles and to look at the GO–H2O nanofluid flow between two rotating disks // Appl. Nanosci. 2018. V. 8. No. 12. P. 1711–1727. https://doi.org/10.1007/s13204-018-0851-4

  17. Блох А.Г., Журавлев Ю.А., Рыжков Л.Н. Теплообмен излучением: справ. М.: Энергоатомиздат, 1991.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Теплоэнергетика

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал