Проблемы и перспективы использования наножидкостей в теплоэнергетике

Цель. Целью работы является исследование вопроса использования наножидкостей в качестве теплоносителей для повышения эффективности отвода тепла в энергетических установках. Для решения поставленной задачи были проанализированы материалы отечественных и зарубежных научных статей, конференций и диссертаций касательно тематики наножидкостей. Многочисленные научные публикации, в том числе цитируемые в международных базах данных Web of Science и Scopus, свидетельствуют о том, что тематика наножидкостей находится в фокусе внимания современной науки. Однако, несмотря на достаточно длительный период исследования флюидов, не все вопросы данной тематики достаточно хорошо освещены и систематизированы, что открывает большие возможности для дальнейших исследований в этом направлении.

Метод. При достижении поставленной цели рассмотрены области возможного применения флюидов, механизм их синтеза, особенности их эксплуатации, обозначены достоинства как жидкого теплоносителя, а также выявлены недостатки, препятствующие их широкому применению. Особое внимание уделено таким вопросам как: синтез стандартизированных наножидкостей; обеспечение их стабильных свойств; использование поверхностноактивных веществ; увеличение перепада давления внутри теплообменных аппаратов при эксплуатации теплоносителя.

Результат. Для устранения основного недостатка в виде агломерации наночастиц в базовой жидкости предложено использовать колебательную циркуляцию теплоносителя, которая также позволит дополнительно интенсифицировать теплообмен от принудительной турбулизации флюида.

Вывод. Полученные результаты могут быть использованы для повышения эффективности работы тепломассообменных аппаратов с жидким теплоносителем и систем на их основе, а также для снижения массогабаритных параметров таких устройств.

1. Ali N., Teixeira J. A., Addali A. A Review on Nanofluids: Fabrication, Stability, and Thermophysical Properties. Journal of Nanomaterials. 2018; 6978130.

2. Almurtaji S. [и др.]. Effect of Multi-Walled Carbon Nanotubes-Based Nanofluids on Marine Gas Turbine Intercooler Performance Nanomaterials. 2021; 11: 2300.

3. Bezaatpour M., Goharkhah M. Convective heat transfer enhancement in a double pipe mini heat exchanger by magnetic field induced swirling flow. Applied Thermal Engineering. 2020; 167: 114801.

4. Chavez Panduro E. A. [и др.]. A review of the use of nanofluids as heat-transfer fluids in parabolic-trough collectors. Applied Thermal Engineering. 2022; 211: 118346.

5. Gugulothu R. [и др.]. A Review on Enhancement of Heat Transfer Techniques. Materials Today: Proceedings. 2017; 4: 1051–1056.

6. Hormozi F., ZareNezhad B., Allahyar H. R. An experimental investigation on the effects of surfactants on the thermal performance of hybrid nanofluids in helical coil heat exchangers. International Communications in Heat and Mass Transfer. 2016; 78: 271–276.

7. Hosseinian A., Meghdadi Isfahani A. H., Shirani E. Experimental investigation of surface vibration effects on increasing the stability and heat transfer coeffcient of MWCNTs-water nanofluid in a flexible double pipe heat exchanger. Experimental Thermal and Fluid Science. 2018; 90: 275–285.

8. Leong K. Y. The effect of surfactant on stability and thermal conductivity of carbon nanotube based nanofluids. Thermal Science. 2016; 20: 429–436.

9. Moghadassi A., Ghomi E., Parvizian F. A numerical study of water based Al2O3 and Al2O3–Cu hybrid nanofluid effect on forced convective heat transfer. International Journal of Thermal Sciences. 2015; 92: 50–57.

10. Safiei W. [и др.]. Thermal Conductivity and Dynamic Viscosity of Nanofluids: A Review. Journal of Advanced Research in Fluid Mechanics and Thermal Sciences. 2020;74: 66–84.

11. Singh S. Kr., Sarkar J. Improving hydrothermal performance of hybrid nanofluid in double tube heat exchanger using tapered wire coil turbulator. Advanced Powder Technology. 2020;5 (31): 2092–2100.

12. Urmi W. [и др.]. Preparation Methods and Challenges of Hybrid Nanofluids: A Review. Journal of Advanced Research in Fluid Mechanics and Thermal Sciences. 2020; 78:56–66.

13. Yu S.-P. [и др.]. Enhanced Heat Transfer Performance of the Tube Heat Exchangers Using Carbon-Based Nanofluids Applied Sciences. 2021;17 (11).

14. 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.

15. Морозова, М.А. Теплопроводность и вязкость наножидкостей: диссертация ... кандидата Физико-математических наук: 01.04.14 / Морозова Марина Анатольевна;[Место защиты: ФГБУН Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук], 2019.

16. Терехов В. И., Калинина С. В., Леманов В. В. Механизм теплопереноса в наножидкостях: современное состояние проблемы (обзор). Часть 1. Синтез и свойства наножидкостей // Теплофизика и аэромеханика. 2010. Т. 17, № 1. С. 1-15.

17. Голых, Р.Н. Повышение эффективности ультразвукового кавитационного воздействия на химико-технологические процессы в гетерогенных системах с несущей высоковязкой или неньютоновской жидкой фазой : автореф. дис. … канд. техн. наук 05.17.08 / Голых Роман Николаевич. – Бийск, 2014.

18. Галицейский Б. М. Тепловые и гидродинамические процессы в колеблющихся потоках / Б. М. Галицейский, Ю. А. Рыжов, Е. В. Якуш. – М. : Машиностроение, 1977. – 256 с.

19. Макеев, А. Н. Импульсная система теплоснабжения общественного здания: автореф. дис. … канд. техн. наук / А. Н. Макеев. — Пенза, 2010. — 20 с.

20. Система солнечного теплоснабжения и горячего водоснабжения: заявка на выдачу патента на изобретение №2022104706 Рос. Федерация / ФГБОУ ВО «НИУ МЭИ» / заявл. 22.02.2022.