主办方：工程科学与技术，国际期刊18（2015）336e350全文TiO_2/水纳米复合流体在双扭带重叠换热管内的强化传热S. Eiamsa-arda，*，K. Kiatkittipongb，W. Jedsadaratanachaica泰国曼谷10530 Mahanakorn技术大学工程学院机械工程系b泰国曼谷10520蒙固国王理工学院工程学院化学工程系c泰国曼谷10520，Ladkrabang，King Mongkut's Institute of Technology，工程学院机械工程系我的天啊N F O文章历史记录：收到日期：2014年10月29日收到日期：2015年2015年1月14日接受2015年2月27日在线发布保留字：强化传热换热管叠层双扭带TiO2/水纳米复合流体A B S T R A C T以二氧化钛（TiO 2）水溶液为纳米粒子，采用双层扭带（O-DTs）复合强化传热。研究包括雷诺数从5400到15,200，重叠扭曲比（y o/y）为1.5，2.0和2.5的O-DT和TiO2体积浓度（f）为0.07%，0.14%和0.21%的纳米胶体。实验和数值计算结果表明，重叠扭转比越小的O-DT，其旋流强度越强，湍流动能越高。与光管相比，在最小重叠扭曲比为1.5时，O-DT的传热效率提高此外，随着纳米颗粒中TiO2体积浓度的增加，接触面积和导热系数增加，传热量也随之增加。同时使用的O-DTs具有扭转比1.5与纳米流体与TiO 2体积浓度为0.21%的导致传热增强约9.9 e11.2%和热性能改善高达4.5%，相比单独使用O-DTs。给出了换热速率Nu、摩擦因数在不同的重叠扭曲比（yo/y）和TiO2纳米粒子体积浓度（f）下，研究了在装有O-DTs的恒壁温双相管中的传热性能（f）和热性能（h）。©2015 Karabuk University.由爱思唯尔公司制作和主持这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。1. 介绍传热过程广泛应用于许多领域，包括热交换器、冷却过程、加热和化学过程。与大多数固体相比，常见的固体流体（例如水、矿物油和乙二醇）的传热性能差是热处理有效性的主要障碍。然而，当使用具有大颗粒的悬浮液时，在该过程中可能在管中发现堵塞。意识到这一问题后，纳米流体中的纳米颗粒（称为“纳米流体“）是一种有吸引力的解决方案，其不仅提供了增强的导热性，而且还提供了长期稳定性和低压降[1]。二氧化钛（TiO2）具有优良的化学性能和热稳定性，缩写：O-DT，重叠双绞线。*通讯作者。电子邮件地址：smith@mut.ac.th（新加坡）Eiamsa-ard）。由Karabuk大学负责进行同行审查物理稳定性。此外，TiO2颗粒价格便宜，可在市场上买到. 悬浮在传统的胶体中的纳米TiO2颗粒被广泛应用于各种形式的热交换器中，包括圆管[2，3]、双管[4e6]和管壳式[7]。另一种增强传热的替代方法是将扭带插入芯管中。这种方法引起轴向湍流的二次再循环，导致切向和径向湍流脉动的增加，从而减小边界层的厚度。在许多研究工作中报告了使用纳米流体与扭带一起用于传热增强，例如具有Al2 O 3/水纳米流体的扭带插入物[8，9]、具有Al 2 O 3/水纳米流体的螺旋扭带插入物[1]、具有CuO/水纳米流体的交替轴插入物的扭带[10]、在波纹管中具有CuO/水纳米流体的扭带插入物[11]、在微翅片管中具有CuO/水纳米流体的双扭带插入物[12]、具有Al 2 O 3 /水纳米流体的螺旋螺杆带插入物[13]、具有CuO/水纳米流体的螺旋螺杆带插入物[14]和具有TiO 2/水纳米流体的螺旋桨插入物[15]。http://dx.doi.org/10.1016/j.jestch.2015.01.0082215-0986/©2015 Karabuk University.由爱思唯尔公司制作和主持这是CC BY-NC-ND许可证下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表工程科学与技术国际期刊杂志主页：http://www.elsevier.com/locate/jestchS. Eiamsa-ard等人 /工程科学与技术，国际期刊18（2015）336e350337¼¼¼¼命名法一cpDfhkLm_NuPDPPrQRet TT~UVV_传热表面积，m2液体比热，J kg-1K-1试管内径，mWYYOyo/y胶带宽度，m绞合带的节距长度，m带的重叠节距长度，m重叠绞合比摩擦系数¼DP/（（L/D）（rU2/2））希腊符号传热系数，液体的导热系数W m-2K-1，试验段长度W m-1K-1， m质量流速，kgs-1液体密度，kg m-3胶带厚度，mm纳米流体的动态粘度，kg s-1m-1热性能系数纳米流体的浓度，体积%试管中的气流压力，Pa压降，Pa努塞尔特数¼hD/kRdmhf下标压力表编号¼mCp/k传热率，W试管厚度，温度，摄氏度平均温度，平均流速，ms-1电压，V体积流速，m3s-1雷诺数<$rUD/mb块体对流i入口f纳米胶体np纳米粒子o出口p光管或粒子测试扭带墙或水扭带强化传热往往伴随着流动阻力的增加对扭带进行适当的改性是在提高传热率和提高流阻之间取得合理平衡的关键为了改善换热器的对流换热，降低换热器的流阻，对扭带进行了改进。改进的扭带插入物包括规则间隔的扭带元件[16e 18]、规则间隔的短长度扭带[19]、扭带后缘的间隔物[20]和松散配合的扭带[21]。这些改进的扭带在层流状态下显著增强了传热。在湍流的情况下，几何扭曲带的修改由于以下优点而被广泛使用：（i）加强核心湍流中的温度均匀性;（ii）增加核心湍流中的流体扰动;（iii）减少核心湍流中传热组件的表面积;（iv）减少边界湍流中的流体扰动[22]。 为了增加胶带边缘周围的流体干扰，将胶带改性为不同形式，包括三角翼扭曲胶带[23]、方形切割扭曲胶带[24]、V形切割扭曲胶带[25]、平行切割扭曲胶带[26]、中心清除扭曲胶带[27，28]、锯齿扭曲胶带[29]、折边扭曲胶带[30]、具有交替轴线的周边切割扭曲胶带[31]、穿孔扭曲胶带[32]和凹口扭曲胶带[33]。为了增加核心气流干扰，磁带被修改成不同的形式，如非均匀扭曲磁带[34]，交替顺时针和逆时针扭曲磁带[35，36]，以及由中心翼和交替轴组成的扭曲磁带[37]。改性的扭带也以多股扭带作为多股涡流发生器，用于强化圆管内的传热。Chang等人[38] 报 道 ， 使 用 双 扭 带 导 致 传 热 性 能 比 光 管 提 高 98 - 180% 。Eiamsa- ard等人[39]进行了实验，以研究在恒定壁面热流条件下，在湍流区域中配备有四种不同扭曲比（y/W2.5、3.0、3.5和4.0）的双反向/共扭曲带（反向/共旋转带实验结果表明，在相同的温度下，反捻带比具有共捻带的管的反捻带高约12.5%至 44.5%。使用最小y/W为2.5的反扭带和共扭带导致最高的热增强因子分别为1.39和1.1。此外，Eiamsa-ard等人[40]报告了三种不同空间比（s/D0.75、1.5和2.25）下规则间隔的双扭带插入物对压降和传热行为的影响。结果表明，随着空间比（s/D）的增大，换热速率和压降均减小。结果表明，当S/D为0.75、1.5和2.25时，双扭带管的传热效率分别为光管的140%、137%和133%。Zhang等人[22]研究了三重和四重扭曲带在管内诱导多纵向涡的传热强化。他们的结果表明，管三扭带与间隙比a/D0.25，0.3和0.35的平均传热率分别比光管高162%、164%和171%，比相同a/D的四重扭带管高180%、182%和189%。在a/D为0.25、0.3和0.35时，三股扭带管的摩擦因数分别是光管的5.33、5.84和 5.99e6.27倍，是四股扭带管的4.06、 4.36和4.45e5.19倍。Hong等人[41]对缩放管和双反旋扭带缩放管内的湍流传热和流动特性进行了数值模拟研究他们发现，CDT的传热速率和摩擦系数的增加分别高于CD的约6.3e35.7%和1.75e5.3倍虽然，通过纳米流体和扭带的传热增强已经被广泛地研究和报道，如上文所示的文献综述，但是对于扭带结构与纳米流体以及纳米流体浓度一起的效果的解释是不确定的。对热性能的影响仍然有限，几乎没有报道。这是这项研究工作的动力。采用有限体积法研究了不同缠绕比和缠绕长度的缠绕带与TiO 2-e水的旋流流动和换热特性338S. Eiamsa-ard等人/Engineering Science and Technology，an International Journal 18（2015）336e350¼¼纳米流体（具有不同浓度）。最后，实验数据被用来开发的经验关联式的努塞尔数，摩擦因数和热性能因数的广泛的传热应用。2. 实验装置2.1. 重叠双绞线图1展示了重叠的双绞线（O-DT）的几何形状。带由厚度为0.8mm且带宽度为8mm（W）的薄铝板制成通过在保持处于张力下的同时围绕直带的纵向轴线扭转直带来制造每个扭转带以4种不同的扭转长度（180μ m/扭转长度）扭转加捻带：36、48和60 mm。通过将扭转长度为24 mm（y）的三个加捻带中的每一个与不同扭转长度（y=36、48和60 mm）的其他三个带中的每一个耦合来因此，获得了三对重叠的双绞线（O-DT），其y0/y为1.5、2.0和2.5。2.2.TiO_2/水纳米复合流体的制备平 均 直 径 为 15 nm 的 TiO2 纳 米 颗 粒 购 自 Nanostructured andAmorphous Material，Inc，USA。图2示出了根据本发明的实施例的样品的扫描电子显微镜（SEM）照片。图二. TiO2纳米粒子的SEM图像。二氧化钛颗粒。在测试之前，二氧化钛纳米粒子分散在去离子水（基础的水）在三个不同的浓度为0.07%，0.14%和0.21%的体积。然后，将混合物在超声浴中在100 W的超声脉冲下以36± 3 kHz连续超声处理180 min，以使颗粒均匀分散。超声处理显著提高了悬浮液的稳定性花的时间比Fig. 1. 各种重叠捻比下的O-DT：（a）yo/y¼2.5，（b）yo/y¼2.0，（c）yo/y¼1.5和（d）前视图（单位：mm）。S. Eiamsa-ard等人 /工程科学与技术，国际期刊18（2015）336e350339制备后180min开始沉淀。因此，在进料到管中之前，TiO22.3.装置和程序本研究的实验设备如图所示。3.第三章。该装置主要包括：（1）换热管，（2）冷却水箱和高架水箱，（3）一套热电偶，（4）数据记录仪，（5）压力计，（6）离心泵，（7）转子，（8）万用表和（9）自耦变压器Transformer。管由直径（D）为19 mm、长度（L）为1000 mm且厚度（t）为1.5 mm的铜制成平静段的长度设定为1200 mm。在传热实验中，通过在圆管周围附接电加热丝来加热管，提供恒定的壁面热通量边界条件。电输出功率由自耦Transformer控制。测试管的外表面被良好地绝缘以最小化向周围环境的绝热热损失在测试之前，使用数据记录器结合RTD（通过恒温器校准在±0.2°C偏差内）测量并记录散装液体的入口和用T型热电偶测量了试管上、下和侧壁的15个局部温度在实验过程中，在26℃下，通过1.0 hp离心泵输送，通过冷凝液沉淀槽，旋转，然后通过传热试管。用一个可调节的电加热器包裹在试管上加热大体积的胶体。在稳态条件下记录了本体双流体的温度、体积流速和压降数据。的图三. 实验设施的布局。340S. Eiamsa-ard等人/Engineering Science and Technology，an International Journal 18（2015）336e350¼¼v入口流体的雷诺数在5400到15，200之间变化根据管壁平均温度和进出口流体温度确定了用于流动和传热评价的流体性质值得注意的是，传热试管的压降是在等温条件下用压力计测量的，没有打开加热单元。在实验中，将重叠的双扭带（O-DT）以y 0/y 1/4 1.5、2.0和2.5的不同重叠扭比和以f 1/4 0.07体积%、0.14体积%和0.21体积%的不同体积浓度的TiO2纳米颗粒插入测试段中（表1）。3. 数学模型与数值方法采用有限差分法求解了旋流和边界层的控制偏微分方程。对传统的湍流动量方程和能量方程作了一些简化假设，建立了含O-DTs的恒热流换热器管内传热过程的数学模型。主要假设是：（1）湍流是稳定的和不可压缩的，（2）通过O-DT的湍流是湍流，（3）忽略自然对流和热辐射，（4）流体的热物理性质与温度无关。在此基础上，建立了用于描述带有O-DT的圆管内流体流动和传热的控制三维模型采用连续性方程、动量方程和能量方程。对于定常湍流，笛卡尔张量符号中的时间平均不可压缩Naviere Stokes方程可以写成以下形式：连续性方程：在本数值解中，时间无关的不可压缩Naviere Stokes方程和湍流模 型 采 用 有 限 体 积 法 离 散 对 流 项 和 扩 散 项 分 别 采 用 QUICK（ Quadratic upstream interpolation for conventional kineticsdifferencing scheme ） 和 中 心 差 分 格 式 采 用 SIMPLE （ SemiImplicit Method for Pressure-Linked Equations）压力-速度耦合算法计算压力场。管壁采用不可渗透边界条件。在入口处湍流强度保持恒定在10%。计算进行到代数方程的归一化残差与规定值之差低于收敛临界值（10- 6）为止。采用直角坐标单元求解O-DTs管内湍流的计算域由于周期性气流，该模式仅适用于180 °捻长。对三种重叠捻比（yo/y1.5，2.0和2.5）下的O-DT进行了数值分析。通过比较不同网格层次下的解，得到了与网格无关的解对于y0/y 1/41.5、2.0和2.5，所使用的元件总数分别约为769，472、519，852y0/y2.5的带所采用的元件的数量更高是由于与其它带相比具有更大的扭转长度在雷诺数（入口处）为10，000时进行计算。入口温度保持恒定在300 K和管壁条件下保持恒定的壁面热流密度为1000W/m2。4. 数据减少（1）第一章：第一章动量方程：v. ruiujvpv“。vuivuj2vuk！#v.Σ4.1. 纳米胶体的热物理性质纳米流体的热物理性质（密度、比热、粘度和热导率）计算为：vxj¼ - vxi vxjm能量方程：vxjvxi-3dijvxkZhaoxj-ru0iu0j（二）纳米颗粒体积浓度（f）的函数，基础流体和纳米颗粒的性质。使用混合物的通式评估纳米胶体的密度：rnf/nfvv.vT！Xp u2根据以下公式评估纳米流体的比热vxi½uirEp]¼vxj表1克夫VJ;E1/4h-r2（3）中性粒细胞水rnf（五）试管和实验条件的详细信息。(a) 管内径，D19 mm(b) 管外径，Do22 mm(c) 管壁厚度，1.5 mm(d) 管长度，L1000 mm(e) 材料铜(f) 墙体条件恒温恒湿箱(g) 入口温度，Ti26° C(h) 雷诺数，Re5400e 15，200(i) 基础油类型通过Pak和Cho [2]以及Xuan和Roetzel [42]的实验验证，这些方程被推荐用于纳米胶体。根据Maxwell模型计算了导热系数[43]如图所示。（6）推荐用于具有随机分散、尺寸均匀且无相互作用的平均球形颗粒的均匀和低体积浓度的液体和固体悬浮液[44]。(j) 纳米TiO2类型knfknp 2k水2k f. knp-k水（六）(k) 纳米颗粒的平均直径，dp15 nm(l) 纳米胶体浓度为0.07、0.14和0.21体积水，千分之四千分之一，千分之一，千分之一2002K水 — F.knp— k水(m) 纳米颗粒的导热系数，kp13.7 W/m K3纳米胶体的粘度通过通用爱因斯坦公式计算[45]。(n) 纳米颗粒密度，rp4170 kg/m3(o) 纳米流体的密度，rnf参见等式（4）公斤/立方米(p) 纳米流体的比热，cnf参见方程式（5）J/kg K(q) 纳米流体的导热系数，knf参见等式（6）W/mK(r) 纳米流体的粘度，mnf，参见Eq. （7）帕秒mnf¼m水流量1磅/小时（7）其中，h¼2.5，推荐用于硬球[44]。¼S. Eiamsa-ard等人 /工程科学与技术，国际期刊18（2015）336e350341-静脉输液.. × 100% ≤ 5 e 8%（9）.Σ4.2.传热计算在目前的工作中，通过使用入口和出口工作流体温度之间的差来计算工作流体的传热率，Qfluid¼Mc pTo-Ti（8）热平衡试验表明，试验段内电绕组提供的热量比工作介质吸收的热量大5e8%。Q Q.四.在稳态速率下，流体的热传递等于试验段的对流热传递，其可表示为：Qfluid¼Qconv（10）哪里Q转化率1/4hA。T~w-Tb（11）式中，Qconv是试验段的对流传热，A是加热内表面积，Tb是管内平均流体体积温度，T~w是一个垂直壁面，在试管的入口和出口T~w¼XTw=15（ 12）式中，Tw是局部壁温，在试管外壁表面进行计算。平均传热系数（h）通过组合Eqs.（8）和（11）h^McpTo-Ti=AT~w-Tb（13）对于局部热传递系数，从特定的局部站选择本体流体和壁温。使用以下等式计算努塞尔数：Nu^hD=k（14）见图4。 现有光管的验证试验。342S. Eiamsa-ard等人/Engineering Science and Technology，an International Journal 18（2015）336e350图五、 O-DT对传热速率的影响：（a）Nu和（b）Nut/Nup。其中D是内部试管，k是纳米流体（水/纳米流体）的热导率。4.3.摩擦系数通过压力计液体的水平差计算测试段长度（L ）上的压降（DP）。然后通过以下公式对压降数据进行摩擦系数计算：f¼D=L2DP.rU2（15）S. Eiamsa-ard等人 /工程科学与技术，国际期刊18（2015）336e350343pt其中U是通过将测量的体积水/纳米流体流速除以入口横截面积（A）计算的平均速度。给出了基于内测试管直径的雷诺数通过4.4.热性能系数在本研究中，等泵浦功率的概念作为性能评价标准。用于恒定泵浦功率Re^rUD=m（16）用于热处理的所有热物理性质（k、r、m、cp）都是通过测量热处理温度来确定的.V_DP_p1/4。V_DPt（十八）无量纲数（Nu和Pr）的计算都是在本体温度（Tb）下由方程（1）计算的。（十七）、Tb¼ToTi=2（17）摩擦力和雷诺数之间的关系可以表示为：.fRe3.4。fRe3（19）图第六章重叠扭转比y o / y <$.5时O-DT的速度矢量、湍流动能、温度场、流线和局部努塞尔数的等值线图。344S. Eiamsa-ard等人/Engineering Science and Technology，an International Journal 18（2015）336e350在相同的泵浦功率条件下，装有重叠双扭带（O-DT）的管子的热性能系数（h）由下式给出：4.5.测量的不一致性在本研究中，冷水的入口雷诺数从5400变化到15，200。测量的不一致性根据ANSI/ASME[46]进行估算。的不确定性h¼.ht（二十）轴向速度、体积流速、压力和温度HP pp其中，hp和ht分别为光管和带有O-DTs插入件的管的传热系数测量值分别在± 6%、± 4%、±5%和± 0.5%以内。的精度的的测量量是1.8质量流速×10- 5kg/s，温差（DT）为0.0 5 ℃，温差（DL）为0.0 01 m。此外，图第七章重 叠 扭转比y o / y <$4 2.0时O-DT的速度矢量、湍流动能、温度场、流线和局部努塞尔数的等值线图。S. Eiamsa-ard等人 /工程科学与技术，国际期刊18（2015）336e350345图八、 重叠扭转比yo/y<$.5时O-DT的速度矢量、湍流动能、温度场、流线和局部努塞尔数的等值线图无量纲参数雷诺数在±5%以内，努塞尔数在±7%以内，摩擦因数在±9%以内5. 结果和讨论在这一部分中，重叠的双扭带（O-DTs）和二氧化 钛/水纳米流体的传热，摩擦因数和热性能因子特性的影响进行了报告。还报道了光管中水（基液）的测量结果，以供比较。5.1. 光管首先，通过比较现有的Nusselt数与Dittuse Boelter和现有的标准346S. Eiamsa-ard等人/Engineering Science and Technology，an International Journal 18（2015）336e350图第九章 TiO 2/水纳米粒子浓度对传热速率的影响：（a）Nu和（b）Nut/Nup。摩擦因素与颁授的佩图霍夫相关[47]和Blasius相关性[47]。DittuseBoelter相关性：Petukhov相关性：fn_0：79lnRe-1：64ln-2（ 22）努塞尔数（Nu）与摩擦力的比较图4中示出了具有标准相关性的现有光管的因子（f）。显然，现有光管的数据与标准关联式的数据吻合得很好，努塞尔数为±3.5%，摩擦因数为±2%因此，可以得出结论，从目前的实验设备的结果是可靠的。因此，该设备用于进一步用O-DT插入物和纳米胶体进行纯化。注意，本发明光管中水的努塞尔数（Nu p）和摩擦因数（f p）用于归一化从具有O-DTs插入物和纳米胶体的管获得的Nu和f。S. Eiamsa-ard等人 /工程科学与技术，国际期刊18（2015）336e350347¼5.2.传热速率5.2.1.O-DTs插入物图中的热传递结果。 5表明努塞尔数（Nu）随着雷诺数的增加而一致地增加。 在给定的雷诺数下，装有重叠双扭带（O-DTs）的管比光管具有更高的雷诺数（图1）。 5 a）。O形叉管的优良传热性能可归因于由O形叉管形成的双旋流流道。同时还发现，随着重叠捻比（yo/y）的减小，传热量增加。如图1中的努塞尔数比（Nu t/Nup）所示。 5 b时，分别采用yo/y为 1.5、2.0和2.5的O-DT，其强化传热效果分别为光管的1.77 e2.07、1.68 e1.98和1.59 e1.88倍。为了评估扭带改良的效果，还对具有相同扭带长度的单扭带（ST）衬垫进行了测试以进行比较。显然，所有测试的O-DT都比ST提供更好的传热这可以通过O-DT产生的双旋流气流比ST产生的单旋流气流提供更好的流体混合和更有效的热边界层破坏来解释348S. Eiamsa-ard等人/Engineering Science and Technology，an International Journal 18（2015）336e350¼ ¼¼¼为了更好地理解与使用O-DT相关的湍流和传热现象，采用有限体积法给出了雷诺数为10，000时安装O-DT的管的速度矢量、湍流动能、温度场、流线和局部努塞尔数分布的等值线图，如图1A和图1B所示。6e8。用RNG ke 3模型，采用QUICK格式，预测了定常热流作用下圆管中O-DTs的流线分布。流线分布表明，O-DT诱导了两股重叠的旋流，而速度矢量图表明，O-DT在两条带之间的间隙附近具有直接相互作用，促进了带周围的湍流。重叠扭转比（y o/y）小的O-DT由于具有更强的涡流强度，其湍流动能（TKE）比重叠扭转比大的O-DT高。因此，使用具有较小yo/y的O-DT导致较薄的热边界层（温度场）、较高的努塞尔数和较均匀的努塞尔数分布，如图1A和1B所示的比较。 6e 8。5.2.2.TiO_2/水纳米复合流体的作用图9a、b显示了TiO 2/水纳米流体的浓度对具有O-DT的管的努塞尔数的影响。在所研究的范围内，Nusselt数随TiO 2浓度的增加而增加，并且所有TiO 2/水纳米粒子的Nusselt数都高于水作为基粒子的Nusselt数。纳米颗粒流体的更高的热传递源于：（i）悬浮的纳米颗粒增强导热性的能力;（ii）纳米颗粒传递能量交换的移动。纳米粒子的体积浓度越高，导热系数越大，接触面积越大，传热速率越高。图中的努塞尔数比结果。 9 b表明，与水相比，f0.0 7%、f0.14%和f0.2 1%的TiO 2的存在使Nusselt数分别增加了4.5e 5.5%、6.7e7.8%和9.9e 11.2%.5.3.摩擦损失5.3.1.O-DTs插入物O-DTs插入件的摩擦系数（f）和摩擦系数比（ft/fp）如图10a、b所示。与光管相比，O-DT的使用导致摩擦系数增加 摩擦因数随y o/y的减小而增大，这是由于接触表面积的增大和湍流混合效应的影响。如图10b所示，y o / y为1.5、2.0的O-DT的最大摩擦因数比（ft/fp）2.5分别为5.43倍、4.95倍和4.55倍。此外，在相同的雷诺数，O-DTs引起的摩擦系数比典型的单扭带（ST）高26.5 e45.5%，因为双旋流旋流比单旋流旋流更强的湍流扰动。5.3.2.TiO_2/水纳米复合流体的作用在水中添加纳米TiO 2对摩擦因数f和摩擦因数比ft/fp的影响如图所示。 11 a，b. 在一定的雷诺数下，纳米颗粒的摩擦系数比水（基础颗粒）的摩擦系数高。随着纳米TiO2颗粒体积浓度的增加，摩擦因数增加. 上午11在本实验范围内，当TiO2体积浓度为0.21%时，摩擦因数比体积浓度为0.07%和0.14%时分别提高7.9%和4.8%。 当TiO2体积浓度为0.07%时，纳米复合材料的摩擦因数比基体复合材料的摩擦因数高10%左右。流体流动过程中小颗粒的碰撞会引起摩擦系数的增加。5.4.热性能系数5.4.1.O-DTs插入物基于相同的泵送功率标准，通过使用O-DT和TiO2/水纳米胶体相关的热性能因子结果显示在图12中。热性能因子随O-DT的y_o/y减小而增大。这意味着，通过减小yo/y，传热的增强比压降损失更显著。随着雷诺图10. O-DT对摩擦损失的影响：（a）f和（b）ft/fp。S. Eiamsa-ard等人 /工程科学与技术，国际期刊18（2015）336e350349¼¼¼¼图十一岁 TiO 2/水纳米复合液浓度对摩擦损失的影响：（a）f和（b）ft/fp。number. 在雷诺数为5400和15，200（大多数工业过程的实际范围）的范围内，使用O-DT在节能方面具有优势，从热性能因子大于1（h>1.0）表明。在雷诺数为5400时，采用yo/y分别为1.5、2.0和2.5的O-DT管，热性能系数分别达到1.13、1.11和1.08值得注意的是，具有O-DTs插入物的管的热性能因子比配备ST的管的热性能因子高12 e25.7%5.4.2.TiO_2/水纳米复合流体的作用图13描绘了TiO2/水浓度对热性能因子的影响。在雷诺数为5400时，当TiO 2浓度分别为0.07%、0.14%和0.21%时，在yo/ y为1.5时，O-DTs管的最大热性能因子由1.13分别提高到1.15和1.16、1.18。在所研究的范围内，f为0.07%、0.14%和0.21%的纳米复合材料的热性能因子分别比基础复合材料的高约1.7%、2.6%和4.2%。相比之下，使用具有f1/4 0.21%的纳米胶体导致比具有f0.07和0.14%的纳米胶体更高的热性能因子，分别在2.2 e2.8%和1.4 e1.8%附近。值得注意的是，热性能因子在较低的雷诺数较高，这意味着O-DT更适合于实际应用在较低的雷诺数。5.5.经验关联式利用实验结果，采用最小二乘回归分析方法，建立了摩擦系数、努塞尔数和热性能因子的经验关联式所得到的相关性示于等式中。（23）e（25）。 Nupred、fpred和hpred的经验相关性的预测数据与Nuexp、fexp和hexp的实验数据绘制在图3A和3B中。 十四十六。实验数据与关联式的最大偏差分别为± 4%、±3%和± 2%。350S. Eiamsa-ard等人/Engineering Science and Technology，an International Journal 18（2015）336e350¼见图12。 O-DT对热性能因子的影响。见图14。实验数据与经验关联式计算的努塞尔数的比较。2019-05 -2100：00：02019-05-2200：002019-05-2500：006. 结论采用实验和数值模拟相结合的方法，研究了双扭带（O-DTs）和TiO 2 /水纳米复合流体的强化传热特性。该研究包括具有1.5、2.0和2.5的重叠扭转比（y 0/y）的O-DT和具有1.5、2.0和2.5的纳米螺旋流体。TiO2体积浓度（f）分别为0.07%、0.14%和0.21%。实验结果表明，O-DT诱导出的重叠旋流对改善两相混合和强化传热努塞尔数、摩擦因数和热性能随叠捻比的减小和TiO2体积浓度的增加而增大。当最大TiO2体积浓度为0.21%时，采用最小重叠扭转比（yo/y1/1.5）的O-DTs和纳米TiO 2复合材料的热性能系数最大，为1.18。在y0/y1.5、2.0和2.5处具有O-DT的管的热性能分别在0.94和1.18、0.92和1.16以及0.89和1.12之间变化对于本范围，使用的TiO2/水纳米胶体导致在1.7-4.5%的热性能因子比使用的基础胶体（水）。此外，还建立了换热速率（Nu）、摩擦因数（f）和热膨胀系数（T）的经验关联式，图13岁 TiO 2/水纳米粒子浓度对热性能因子的影响。S. Eiamsa-ard等人 /工程科学与技术，国际期刊18（2015）336e350351图15. 摩擦系数实验值与经验关联式计算值的比较。见图16。实验数据与经验关联式计算结果在不同的重叠扭曲比（yo/y）和TiO2纳米颗粒体积浓度（f）下，还报道了在装有O-DT的恒定壁热双相管中用于传热应用的性能（h）引用[1] G. Pathipakka，P. Sivashanmugam，在层流中装有螺旋插入物的均匀加热圆管中纳米流体的传热行为，超晶格微观结构。47（2010）349e 360。[2] B.C. Pak，Y.I. Cho，具有亚微米金属氧化物颗粒的分散型流体的流体动力学和传热研究，Exp。热传递 11（1998）151e 170。[3] A.R. 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