Неизотермический массообмен при поршневом движении наножидкости с адгезией наночастиц на начальном термическом участке плоского канала
Аннотация
В рамках подхода Эйлера–Эйлера предложена модель неизотермического массообмена при движении наножидкости в плоском канале с осаждением наночастиц на «смоченных» стенках по адгезионному механизму (с максимальной скоростью поглощения наночастиц поверхностью осаждения) на начальном термическом участке. Показано, что в этом случае миграцией и термофорезом наночастиц можно пренебречь, оставляя для переноса дисперсной фазы только броуновскую диффузию. Линеаризация синтезированной массообменной подзадачи с использованием осредненной аксиальной температуры в каждом поперечном сечении канала позволило получить приближенное аналитическое решение для полей температуры и концентрации при граничных условиях первого рода. С помощью вычислительных экспериментов на модели без линеаризации подтверждена корректность полученного решения. Модельные расчеты продемонстрировали влияние повышенной температуры движущейся наножидкости на скорость адгезии наночастиц на стенки канала. Получены данные об осадке наночастиц и наличии локальных максимальных его толщин.
Литература
2. Wen D., Ding Y. Experimental Investigation Into Convective Heat Transfer of Nanofluids at the Entrance Region Under Laminar Flow Conditions // Int. J. Heat and Mass Transfer. 2004. V. 47. Pp. 5181—5188.
3. Naqiuddin N.H. e. a. Overview of Micro-channel Design for High Flux Application // Renewable and Sustainable Energy Rev. 2018. V. 82. Pp. 901—914.
4. Lee J., Mudawar I. Assessment of the Effectiveness of Nanofluid for Single-phase and Two-phase heat Transfer in Microchannels // Int. J. Heat and Mass Transfer. 2004. V. 50. Pp. 452—463.
5. Schumer R., Bensen D.A., Meerschaert M.M., Bancmer B. Fractal Mobile/immobile Salute Transport // Water Resour. Res. 2003. V. 39. Pp. 1296—1309.
6. Bahiraci M. Particle Migration in Nanofluids: a Critical Review // Int. J. of Thermal Sci. 2016. V. 109. Pp. 90—113.
7. Condarzi S., Shekaramiz M., Omidvar A., Golab E., Karimipour A. Nanoparticles Migration due to Thermopharesis and Brownian Motion and Its Imact on Ag-MgO/water Hybrid Nanofluid Natural Convection // Power Technol. 2020. V. 375. Pp. 493—503.
8. Wang M., Dobson P.S., Paul M.C. Numerical Investigation of Nanofluid Deposition in a Microchannel Cooling System // Powder Technol. 2023. V. 425. P. 118582.
9. Kwak D.B., Kim S.C., Lee H., Pui D.Y. Numerical Investigation of Nanoparticles Deposition Location and Pattern on a Sharp-bent Tube Wall // Int. J. Heat Mass Transfer. 2021. V. 164. P. 120534.
10. Bao F., Hao H., Yin Z., Tu C. Numerical Study of Nanoparticle Deposition in a Gaseous Microchannel under the Influence of Various Forces // Micromachines. 2021. V. 12(1). P. 47.
11. Hinds W.C. Aerosol Technology: Properties, Behavior and Measurement of Aiborne Particles. N.-Y.: Willey&Sonc, 1999.
12. Buongirno J. Convective Transport in Nanofluids // Trans. ASME. 2006. V. 128. Pp. 240—250.
13. Krieger I.M. Rheology of Monodisperse Lattices // Adv. in Colloid and Interface Sci. 1972. V. 3. Pp. 111—132.
14. Кэйс В.М. Конвективный тепло- и массообмен. М.: Энергия, 1972.
15. Meyer J.P., Evetrs M. Single-phase Mixed Convection of Developing and Fully Developed Flow in Smooth Horizontal Circular Tubes in the Laminar and Transitional Flow Regimes // Int. J. Heat Mass Transf. 2018. V. 117. Pp. 1251—1273.
16. Eastmann J.A., Choi S.U.S., Yu W., Thompson L.J. Anomalously Increased Effective Thermal Conductivities of Ethylene Glycol-based Nanofluids Containing Nanoparticles // Appl. Phys. Lett. 2001. V. 78(6). Pp. 718—720.
17. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Т. VI. Гидродинамика. М.: Физматлит, 2001.
18. Лыков А.В. Теория теплопроводности. М.: Высшая школа, 1967.
19. Harris F.E. Mathematics for Physical Science and Engineering. N.-Y.: Academic Press, 2014.
20. Xuan Y., Roetzel W. Conceptions for Heat Transfer Correlation of Nanofluid // Int. J. Heat Mass Transf. 2020. V. 43(19). Pp. 3701—3707.
21. Williams W., Buongiorno J., Hu L.-W. Experimental Investigation of Turbulent Convective Heat Transfer and Pressure Loss of Alumina/Water and Zirconia/Water Nanoparticle Colloids (Nanofluids) in Horizontal Tubes // J. Heat Transfer. 2008. V. 130(4). P. 042415.
---
Для цитирования: Ряжских А.В. Неизотермический массообмен при поршневом движении наножидкости с адгезией наночастиц на начальном термическом участке плоского канала // Вестник МЭИ. 2025. № 4. С. 104—111. DOI: 10.24160/1993-6982-2025-4-104-111
#
1. Awais M. e. a. Heat Transfer and Pressure Drop Performance of Nanofluid: a State-of-the-art Review. Int. J.Thermofluids. 2021;9:100065.
2. Wen D., Ding Y. Experimental Investigation Into Convective Heat Transfer of Nanofluids at the Entrance Region Under Laminar Flow Conditions. Int. J. Heat and Mass Transfer. 2004;47:5181—5188.
3. Naqiuddin N.H. e. a. Overview of Micro-channel Design for High Flux Application. Renewable and Sustainable Energy Rev. 2018;82:901—914.
4. Lee J., Mudawar I. Assessment of the Effectiveness of Nanofluid for Single-phase and Two-phase Heat Transfer in Microchannels. Int. J. Heat and Mass Transfer. 2004;50:452—463.
5. Schumer R., Bensen D.A., Meerschaert M.M., Bancmer B. Fractal Mobile/immobile Salute Transport. Water Resour. Res. 2003;39:1296—1309.
6. Bahiraci M. Particle Migration in Nanofluids: a Critical Review. Int. J. of Thermal Sci. 2016;109:90—113.
7. Condarzi S., Shekaramiz M., Omidvar A., Golab E., Karimipour A. Nanoparticles Migration due to Thermopharesis and Brownian Motion and Its Imact on Ag-MgO/water Hybrid Nanofluid Natural Convection. Power Technol. 2020;375:493—503.
8. Wang M., Dobson P.S., Paul M.C. Numerical Investigation of Nanofluid Deposition in a Microchannel Cooling System. Powder Technol. 2023;425:118582.
9. Kwak D.B., Kim S.C., Lee H., Pui D.Y. Numerical Investigation of Nanoparticles Deposition Location and Pattern on a Sharp-bent Tube Wall. Int. J. Heat Mass Transfer. 2021;164:120534.
10. Bao F., Hao H., Yin Z., Tu C. Numerical Study of Nanoparticle Deposition in a Gaseous Microchannel under the Influence of Various Forces. Micromachines. 2021;12(1):47.
11. Hinds W.C. Aerosol Technology: Properties, Behavior and Measurement of Aiborne Particles. N.-Y.: Willey&Sonc, 1999.
12. Buongirno J. Convective Transport in Nanofluids. Trans. ASME. 2006;128:240—250.
13. Krieger I.M. Rheology of Monodisperse Lattices. Adv. in Colloid and Interface Sci. 1972;3:111—132.
14. Keys V.M. Konvektivnyy Teplo- i Massoobmen. M.: Energiya, 1972. (in Russian).
15. Meyer J.P., Evetrs M. Single-phase Mixed Convection of Developing and Fully Developed Flow in Smooth Horizontal Circular Tubes in the Laminar and Transitional Flow Regimes. Int. J. Heat Mass Transf. 2018;117:1251—1273.
16. Eastmann J.A., Choi S.U.S., Yu W., Thompson L.J. Anomalously Increased Effective Thermal Conductivities of Ethylene Glycol-based Nanofluids Containing Nanoparticles. Appl. Phys. Lett. 2001;78(6):718—720.
17. Landau L.D., Lifshits E.M. Teoreticheskaya Fizika. T. VI. Gidrodinamika. M.: Fizmatlit, 2001. (in Russian).
18. Lykov A.V. Teoriya Teploprovodnosti. M.: Vysshaya Shkola, 1967. (in Russian).
19. Harris F.E. Mathematics for Physical Science and Engineering. N.-Y.: Academic Press, 2014.
20. Xuan Y., Roetzel W. Conceptions for Heat Transfer Correlation of Nanofluid. Int. J. Heat Mass Transf. 2020;43(19):3701—3707.
21. Williams W., Buongiorno J., Hu L.-W. Experimental Investigation of Turbulent Convective Heat Transfer and Pressure Loss of Alumina/Water and Zirconia/Water Nanoparticle Colloids (Nanofluids) in Horizontal Tubes. J. Heat Transfer. 2008;130(4):042415
---
For citation: Ryazhskikh A.V. Non-isothermal Mass Transfer during Piston Flow Pattern of Nanofluid with Adhesion of Nanoparticles in the Flat Channel Initial Thermal Section. Bulletin of MPEI. 2025;4:104—111. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2025-4-104-111