L'application de non

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 8471 (2023) Citer cet article

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L’amélioration des transferts thermiques à l’intérieur des échangeurs solaires est importante pour le développement de l’énergie solaire en zone urbaine. Dans cette étude, l'utilisation d'un champ magnétique non uniforme sur l'efficacité thermique du nanofluide (Fe3O4) s'écoulant à l'intérieur du tuyau demi-tour des échangeurs de chaleur solaires est examinée. La dynamique des fluides computationnelle est appliquée pour visualiser le flux de nanofluides à l’intérieur de l’échangeur de chaleur solaire. Le rôle de l'intensité magnétique et du nombre de Reynolds sur l'efficacité thermique est entièrement étudié. L'effet des sources simples et triples du champ magnétique est également étudié dans nos recherches. Les résultats obtenus indiquent que l'utilisation du champ magnétique entraîne la production de vortex dans le fluide de base et que le transfert de chaleur s'améliore à l'intérieur du domaine. Nos résultats indiquent que l'utilisation du champ magnétique avec Mn = 25 K améliorerait le transfert de chaleur moyen d'environ 21 % le long du tuyau demi-tour des échangeurs de chaleur solaires.

L'avancement thermique des échangeurs de chaleur est essentiel pour économiser de l'environnement et des coûts. La performance des échangeurs de chaleur est cruciale dans différentes industries car ils sont largement utilisés dans les industries, à savoir les centrales électriques, les usines pétrochimiques et les raffineries de pétrole, ainsi que dans les utilisateurs domestiques1,2,3. L'importance de ce dispositif pour la sauvegarde de l'environnement a été évoquée dans des travaux antérieurs puisqu'il permettra de réduire les émissions de CO2 en brûlant du pétrole pour la production d'énergie. D’un autre côté, un nouveau type de ressource énergétique telle que l’énergie solaire devient économique lorsque les performances des échangeurs de chaleur sont suffisamment élevées4,5.

Le développement de nouvelles sources d’énergie est très important puisque la source d’énergie actuelle n’est pas durable pendant plus de deux siècles6,7. Ainsi, les énergies renouvelables sont devenues le principal sujet des chercheurs en tant que meilleur substitut au pétrole brut8,9. En outre, la réduction de la pollution n'est pas obtenue par la source d'énergie classique puisque la production de CO2 est inévitable lors de la combustion du pétrole brut10,11. Parmi les énergies renouvelables disponibles, l’énergie solaire a été considérée comme une source d’énergie fiable en raison de son accessibilité et de son faible coût, en particulier pour les utilisateurs domestiques12,13. Bien que les centrales solaires ne soient pas comparables aux autres centrales électriques (par exemple nucléaires) pour la production d'énergie à grande échelle, cette source d'énergie pourrait être utilisée efficacement par les petits utilisateurs qui vivent loin des zones urbaines14,15,16,17. Ainsi, l’utilisation de systèmes solaires pour la production de sources d’énergie destinées aux particuliers a augmenté au cours des trois dernières années en raison de l’augmentation du prix du pétrole18,19,20.

L’utilisation de nanoparticules a considérablement amélioré l’efficacité des échangeurs de chaleur actuels21,22. En fait, les particules ferreuses améliorent considérablement la capacité thermique du fluide de base dans les échangeurs de chaleur, ce qui permet d'économiser les performances des panneaux solaires pour fournir l'eau chaude nécessaire aux utilisateurs domestiques23,24,25. La capacité thermique du nanofluide augmente considérablement avec l’utilisation du champ magnétique. En effet, l’application de la source magnétique à proximité du tuyau avec le flux de nanofluide entraîne une perturbation du fluide et une structure vortex est produite dans le flux de nanofluide26,27. Le transfert de chaleur s’intensifie donc à l’intérieur des échangeurs thermiques. Cette caractéristique du flux de nanofluide a été étudiée de manière approfondie dans un autre processus, à savoir l'ébullition et la fusion, car cela modifierait les propriétés thermiques du processus28,29,30. Bien que l'utilisation d'une source magnétique uniforme ou non uniforme à proximité du nanofluide contenant des particules ferreuses ait été explorée dans les recherches actuelles, cet aspect du flux de nanofluide n'a pas été exploré de manière approfondie dans différentes sections des échangeurs de chaleur31,32,33. Dans la plupart de ces études, une approche théorique est utilisée pour l’analyse thermique du flux de nanofluide34,35,36. La technique numérique de la dynamique des fluides computationnelle est également utilisée pour l'étude du transfert de chaleur des échangeurs de chaleur37,38. En raison du faible coût des investigations informatiques, cette technique est considérée comme la méthode initiale de pré-évaluation de nouvelles approches innovantes pour le développement des recherches actuelles39,40. Bien que plusieurs recherches se soient concentrées sur le champ magnétique uniforme pour l’amélioration des échangeurs de chaleur, le champ magnétique non uniforme a été étudié dans un nombre limité d’articles via la dynamique des fluides computationnelle41,42,43.