Die Auswirkungen von CuO/CeO2-Nanopartikelmischungen auf die Leistung eines Dampfkompressionskühlsystems

Oct 16, 2023

Wissenschaftliche Berichte Band 12, Artikelnummer: 8889 (2022) Diesen Artikel zitieren

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Diese Studie wurde auf der Grundlage experimenteller Ergebnisse eines einfachen Kühlsystems mit R134a als Kältemittel erstellt. Basierend auf den realen Abmessungen des Systems und den experimentellen Ergebnissen wurde die Ansys Fluent-Software zur Simulation des Systems verwendet, um das System theoretisch auf die Einführung der Nanopartikel vorzubereiten. Da der Herstellungsprozess von Nanopartikeln teuer ist, stellt diese Forschung eine einfache, einfache und kostengünstige Methode für den Herstellungsprozess vor, die auf destilliertem Wasser, Ammoniak, Kupfernitrat und Cernitrat basiert, um sieben Arten von Nanopartikeln als einzelnes Oxid und als ein einziges Oxid zu synthetisieren Mischung aus zwei verschiedenen Oxiden. Die Ergebnisse der Herstellung mittels Röntgenbeugung und Rasterelektronenmikroskopie bestätigten, dass die Partikel eine kugelförmige Form hatten, mit geeigneten durchschnittlichen Durchmessern zwischen 78,95 nm, 79,9 nm, 44,15 nm und 63,3 nm für Kupferoxid und Ceroxid , die erste Mischung bzw. die zweite Mischung. Die theoretische Studie bestätigte, dass sowohl Kupferoxid als auch Ceroxid und die Mischung aus beiden die Leistung des Kühlsystems verbesserten und den Energieverbrauch senkten. Darüber hinaus zeigte die Verwendung der in der Literatur verfügbaren numerischen Gleichungen zur Berechnung der thermophysikalischen Eigenschaften eine Verbesserung dieser Eigenschaften mit einer Erhöhung der Nanopartikelkonzentration bei Mischung mit R134a.

Die meisten aktuellen Studien konzentrieren sich auf die Verbesserung der Leistung von Kühlsystemen und Klimaanlagen, da diese zu den energieverbrauchendsten Sektoren gehören. Um die thermischen Eigenschaften der Arbeitsflüssigkeit zu verbessern, werden sehr kleine Partikel mit einer Größe von Millimetern bis Mikrometern in der Grundflüssigkeit dispergiert, die 1873 von Maxwell hergestellt wurde. Dieser Versuch war jedoch mit vielen Problemen verbunden, darunter Stabilität, Verstopfung usw Erosion. Im späten zwanzigsten Jahrhundert. Choi stellte das Arbeitsmedium in einem neuen Konzept vor, bei dem die Nanopartikel im Primärmedium verteilt sind, um dessen thermische Eigenschaften zu verbessern1,2. Die Nanoflüssigkeit wird wie folgt klassifiziert: (i) Mono-Nanoflüssigkeiten, die aus ähnlichen Nanopartikeln bestehen, (ii) Hybrid-Nanoflüssigkeiten, die aus unterschiedlichen Nanopartikeln bestehen; und (iii) Hybrid-Nanofluide, die aus zusammengesetzten Nanopartikeln bestehen1. Um die besten Wärmeübertragungseigenschaften zwischen den Flüssigkeiten und den Nanopartikeln zu erreichen, muss Folgendes gewährleistet sein: (i) Dispergierbarkeit von Nanopartikeln, (ii) Stabilität von Nanopartikeln, (iii) chemische Kompatibilität von Nanopartikeln und (iv) thermische Stabilität von Nanoflüssigkeiten3. Kürzlich wurde das Konzept der Nanoflüssigkeiten entwickelt, um Kältemittel als Nanokältemittel und Schmieröle als Nanoschmiermittel einzubeziehen, wobei die Herstellungsmethode auf die Verwendung einer einstufigen Methode und einer zweistufigen Methode beschränkt ist. Im zweistufigen Verfahren werden die Nanopartikel als Pulver hergestellt und dann in die Grundflüssigkeit gegeben. Anschließend werden verschiedene Arten von Dispergiermethoden angewendet, z. B. Rühren entweder durch Ultraschall oder Magnetkraft, Homogenisieren und Mischen mit hoher Scherung, um die Nanopartikel in einer Mischung zu dispergieren . Eine einstufige Methode basiert auf der Kondensation dampfförmiger Nanophasenpulver zu einer Flüssigkeit durch Reduzierung des Drucks und der anschließenden sofortigen Auflösung in der Flüssigkeit4,5.

In diesem Abschnitt werden die neuesten Studien und Ergebnisse vorgestellt, die den Zusatz von Nanopartikeln zu Kühlsystemen sowie die Wirkung von Nanopartikeln auf die Verbesserung der thermophysikalischen Eigenschaften des Arbeitsmediums umfassen.

Vijayakumar et al.6 untersuchten die Wirkung von Nanoschmierstoffen auf die Leistung von Kühlschränken auf Basis von Aluminiumdioxid gemischt mit Polyolesteröl, wobei 60 g R602a als Kältemittel eingefüllt wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass die Verbesserungen sowohl der Kühlkapazität als auch des COP 6,09 % bzw. 20,09 % betrugen, während die Reduzierung des Stromverbrauchs 15,78 % betrug. Choi et al.7 untersuchten die Wirkung von Nanoschmiermitteln auf die Leistung von Kühlschränken, wobei 0,1 Gew.-% MWCNTs im Polyolesteröl dispergiert wurden und R134a als Kältemittel verwendet wurde. Die Ergebnisse zeigten, dass der Stromverbrauch um 17 % reduziert wurde. Senthilkumar et al.8 untersuchten die Wirkung von Nanoschmierstoffen auf die Leistung von Kühlschränken auf Basis von Al2O3- und SiO2-Hybrid-Nanopartikeln. Als Kältemittel wurden 60 g R600a verwendet. Die Ergebnisse zeigten, dass die Verbesserungen sowohl des COP als auch der Kühlkapazität 30 bzw. 25 % betrugen, während der Stromverbrauch um 80 W reduziert wurde. Senthilkumar et al.9 untersuchten die Wirkung von Nanoschmierstoffen auf die Leistung eines Dampfkompressionskühlsystems auf CuO und SiO2 sowie 40 und 60 g R600a als Kältemittel eingesetzt. Die Ergebnisse zeigten, dass sich sowohl der COP als auch die Kühlkapazität um 35 % bzw. 18 % verbesserten, während die Reduzierung des Stromverbrauchs 75 W betrug. Senthilkumar et al.10 untersuchten die Wirkung von Nanoschmierstoffen auf die Leistung von Kühlsystemen basierend auf 0, Als Kältemittel wurden dem Polyolesteröl 0,2, 0,4 und 0,6 g/L SiO2 zugesetzt und R410A eingefüllt. Die Ergebnisse zeigten, dass 0,4 g/L SiO2 die beste Kühlleistung erzielten, den Stromverbrauch um 80 W reduzierten und den COP um 1,7 steigerten. Senthilkumar et al.11 untersuchten die Wirkung von Nanoschmiermitteln auf die Leistung des Kühlsystems auf Basis von 0,4 g/L und 0,6 g/L ZnO/SiO2-Hybridnanopartikeln, wobei R600a als Kältemittel verwendet wurde. Die Ergebnisse zeigten, dass 0,6 g/L ZnO/SiO2 eine hohe Kühlkapazität von 180 W erreichten und den COP um 1,7 steigerten, während der geringere Stromverbrauch 78 W betrug. Senthilkumar et al.12 untersuchten die Wirkung von Nanoschmiermitteln auf die Leistung von Das Kühlsystem basierte auf 0,2, 0,4 und 0,6 g/L CuO/Al2O3-Hybrid-Nanopartikeln und 70 g R600a wurden als Kältemittel eingefüllt. Die Ergebnisse zeigten, dass die Zugabe von CuO/Al2O3 sowohl den COP als auch die Kühlkapazität um 27 % bzw. 20 % verbesserte, während die Reduzierung des Stromverbrauchs um 24 % betrug. Javadi et al.13 untersuchten die Wirkung der Nanoschmierstoffe auf die Leistung der Kühlschränke auf Basis von 0,1 Gew.-% Al2O3. Die Ergebnisse zeigten, dass 0,1 Gew.-% Al2O3 den Stromverbrauch um 2,69 % reduzierten. Gill et al.14 untersuchten die Wirkung von Nanoschmierstoffen auf die Leistung eines Haushaltskühlschranks auf Basis von 0,2, 0,4 und 0,6 g/L TiO2, gemischt mit (Capella D)-Öl als Alternative zu R134a und Flüssiggas als Kältemittel . Die Ergebnisse zeigten, dass die Kühlleistung und der COP um 18,74–32,72 bzw. 10,15–61,49 % höher waren als bei R134a. Darüber hinaus war der Stromverbrauch um etwa 3,20–18,1 niedriger als bei R134a. Karthick et al.15 untersuchten die Wirkung von Nanoschmierstoffen auf die Leistung eines Kühlsystems anhand der folgenden Proben: Probe 1 (Mineralöl + 0,02 Vol.-% Al2O3 + 0,01 Vol.-% TiO2), Probe 2 (Mineralöl + 0,01 Vol.-% Al2O3). + 0,005 Vol.-% TiO2), Probe 3 (Mineralöl + 0,05 Vol.-% Al2O3) und Probe 4 (Mineralöl + 0,02 Vol.-% Al2O3 + 0,02 Vol.-% ZnO). Als Kältemittel wurde R600a verwendet. Die Ergebnisse zeigten, dass der COP um 14,61 % gesteigert wurde. Alle Nanoschmierstoffe haben die Fähigkeit, den COP zu verbessern und den Stromverbrauch zu senken. Adelekan et al.16 untersuchten die Wirkung von Nanoschmierstoffen auf die Leistung eines Haushaltskühlschranks auf Basis von 0,2 g/L, 0,4 g/L und 0,6 g/L TiO2, wobei Flüssiggas als Kältemittel verwendet wurde. Die Ergebnisse zeigten, dass Nanoschmierstoffe eine Reduzierung des Stromverbrauchs um 14 %, 9 % bzw. 8 % erreichten. Subhedar et al.17 untersuchten die Wirkung von Nanoschmierstoffen auf die Leistung von Kühlsystemen, basierend auf der Zugabe von 0,05 Vol.-%, 0,075 Vol.-%, 0,1 Vol.-% und 0,2 Vol.-% Al2O3 zu Mineralöl und der Verwendung von R134a als Kältemittel. Die Ergebnisse zeigten, dass 0,075 Vol.-% die beste COP-Verbesserung von etwa 85 % erzielten und etwa 27 % Kompressorleistung einsparten. Darüber hinaus wurde berichtet, dass 0,075 Vol.-% die beste Konzentration im Kühlsystem seien. Babarinde et al.18 untersuchten die Wirkung von Nanoschmierstoffen auf die Leistung eines Kühlschranks auf Basis von 0,4 und 0,6 g/L TiO2, das Mineralöl zugesetzt wurde, und R600a wurde als Kältemittel als Alternative zu R134a eingefüllt. Die Ergebnisse zeigten, dass 0,4 g/L TiO2 den Maximalwert des COP und den Minimalwert des Stromverbrauchs erreichten. Selimefendigil und Bingölbalı19 untersuchten die Wirkung von Nanoschmierstoffen auf die Leistung eines Dampfkompressionskühlsystems auf Basis von 0,5 Vol.-%, 0,8 Vol.-% und 1 Vol.-% TiO2, das Polyethylenglykol zugesetzt wurde, und R134a wurde als Kältemittel eingefüllt. Die Ergebnisse zeigten, dass 0,5 Vol.-%, 0,8 Vol.-% und 1 Vol.-% Verbesserungen des COP von etwa 1,43 %, 15,72 % bzw. 21,42 % erzielten; 1 Vol.-% sparten 15 % Energie. Sundararaj und Manivannan20 untersuchten die Wirkung von Nanoschmierstoffen auf die Leistung eines Dampfkompressionskühlsystems basierend auf 0,1 Vol.-% Au, 0,2 Vol.-% Au, 0,1 Vol.-% HAuCl4, 0,2 Vol.-% HAuCl4, 0,1 Vol.-% Au und 0,05 Vol.-% CNT, 0,2 Vol.-% Au und 0,02 Vol.-% CNT, gemischt mit Polyethylenglykolöl, und R134a wurden als Kältemittel eingefüllt. Die Ergebnisse zeigten, dass 0,2 Vol.-% Au und 0,02 Vol.-% CNT im Vergleich zu anderen Zusammensetzungen den niedrigsten Stromverbrauch, die höchste Kühlkapazität und den besten COP-Wert erzielten. Peyyala et al.21 untersuchten die Wirkung von Nanoschmierstoffen auf die Leistung eines Dampfkompressionskühlsystems auf Basis von 0,1 Vol.-% bis 0,2 Vol.-% Al2O3 gemischt mit Mineralöl, wobei R410a als Kältemittel eingesetzt wurde. Die Ergebnisse zeigten, dass die COP-Werte mit steigenden Nanopartikelkonzentrationen ansteigen. Babarinde et al.22 untersuchten die Wirkung von Nanoschmierstoffen auf die Leistung eines Dampfkompressionskühlsystems auf Basis von 0,2, 0,4 und 0,6 g/L Graphen gemischt mit Mineralöl, wobei R600a als Kältemittel eingefüllt wurde. Die Ergebnisse zeigten, dass die Nanoschmierstoffe den niedrigsten Stromverbrauch und den höchsten COP aufwiesen. Adelekan et al.23 untersuchten die Wirkung von Nanoschmierstoffen auf die Leistung eines Haushaltskühlschranks auf Basis von 0,1 g/L, 0,3 g/L und 0,5 g/L TiO2, gemischt mit Mineralöl, und R600a wurde als Kältemittel eingefüllt. Die Ergebnisse gaben an, dass Nanoschmierstoffe die maximalen COP- und Kühlkapazitätswerte von 4,99 bzw. 290,83 kJ/kg aufwiesen. Ajayi et al.24 untersuchten die Wirkung von Nanoschmierstoffen auf die Leistung eines Dampfkompressionskühlsystems, das auf der Zugabe von 0,5 g/l Al2O3 zu (Capella D)-Öl und der Zugabe von 100 g R134a als Kältemittel basiert. Die Ergebnisse zeigten, dass das Nanoschmiermittel sowohl die Kühlkapazität als auch den COP verbesserte und den Energieverbrauch senkte. Senthilkumar und Anderson25 untersuchten die Wirkung von Nanoschmierstoffen auf die Leistung eines Dampfkompressionskühlsystems, basierend auf 0,2 g/L, 0,4 g/L und 0,6 g/L SiO2, gemischt mit Polyolesteröl, und R410A wurde als Kältemittel eingefüllt. Die Ergebnisse zeigten, dass 0,4 g/L SiO2 sowohl die Kühlkapazität als auch den COP verbesserte und den Energieverbrauch senkte. Senthilkumar et al.26 untersuchten die Wirkung von Nanoschmierstoffen auf die Leistung eines Dampfkompressionskältesystems auf Basis von 0,4 g/L und 0,6 g/L Al2O3/SiO2, wobei 40 und 60 g R600a als Kältemittel verwendet wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass 0,6 g/L und 60 g R600a maximale Kühlleistung, maximalen COP und minimale Kompressorarbeit erreichten.

Pawale et al.27 untersuchten die Wirkung eines Nanokältemittels auf die Leistung eines Dampfkompressionskühlsystems basierend auf 0,5 Gew.-% und 0,1 Gew.-% Al2O3, dispergiert in R134a. Die Ergebnisse zeigten, dass 0,5 Gew.-% die Leistung des Systems verbesserten; Allerdings führte die Erhöhung der Nanopartikelkonzentration zu einer Verringerung der Leistung des Systems. Kumar et al.28 untersuchten die Wirkung eines Nanokältemittels auf die Leistung eines Dampfkompressionskühlsystems basierend auf (1 g ZnO/1 g SiO2), (1,5 g ZnO/0,5 g SiO2) und (0,5 g). ZnO/1,5 g SiO2), dispergiert in 0,5 kg R134a. Die Ergebnisse zeigten, dass sich der COP um etwa 26 % verbesserte. Manikanden und Avinash29 untersuchten die Wirkung eines Nanokältemittels auf die Leistung von Haushaltskühlschränken auf Basis von CuO, reinem Nano-Cuo und Ag-dotiertem Nano-CuO, dispergiert in R290. Die Ergebnisse zeigten, dass Ag-dotiertes Nano-CuO im Vergleich zu reinem Nano-CuO die beste Leistung erzielte. Der COP von Ag-dotiertem Nano-CuO verbesserte sich um etwa 29 %, während der Stromverbrauch um etwa 28 % reduziert wurde. Kundan und Singh30 untersuchten die Wirkung eines Nanokältemittels auf die Leistung eines Dampfkompressionskältesystems auf Basis von 0,5 bis 1 Gew.-% Al2O3, dispergiert in R134a. Die Ergebnisse zeigten, dass Volumenströme von 6,5 l/h und 11 l/h von Kältemitteln zu Verbesserungen führten im COP von 7,20 auf 16,34 % bzw. bei 0,5 Gew.-% Al2O3. Allerdings führte 1 Gew.-% Al2O3 bei gleichen Volumendurchflussraten zu einer Reduzierung des COP. Nagaraju und Reddy31 untersuchten die Wirkung eines Nanokältemittels auf die Leistung eines Dampfkompressionskühlsystems basierend auf 0,05 bis 0,8 Gew.-% CuO, dispergiert in R134a. Die Ergebnisse zeigten, dass 0,8 Gew.-% CuO die optimale Konzentration war, die die maximale Verbesserung der Wärmeübertragung erreichte. verbesserter COP und reduzierter Stromverbrauch. Kumar und Tiwari32 untersuchten die Wirkung eines Nanokältemittels auf die Leistung eines Dampfkompressionskühlsystems auf Basis von R134a/Cu, R600a/Cu. Die Ergebnisse zeigten, dass R600a sowohl beim COP als auch bei der Kühlleistung eine Verbesserung von etwa 27,12 % bzw. 25 % erzielte, während der Stromverbrauch geringer war als der von R134a. Darüber hinaus verbesserte die Dispergierung von 0,5 Gew.-%, 1 Gew.-% und 1,5 Gew.-% Cu in R600a den COP und die Kühlkapazität im Vergleich zu reinem R600a und reduzierte den Stromverbrauch. Kumar et al.33 untersuchten die Wirkung eines Nanokältemittels auf die Leistung eines Dampfkompressionskühlsystems basierend auf 0,01 Vol.-% und 0,06 Vol.-% ZrO2, dispergiert in R134a und R152a. Die Ergebnisse zeigten, dass sich der COP basierend auf (0,06 Vol.-% ZrO2-R152a) um 33,45 % verbesserte. R152a wies bei der Verwendung als Kältemittel ausgeprägte Umwelteigenschaften auf, darunter kein Ozonabbaupotenzial und ein sehr geringes globales Wurmpotenzial. Mahdi et al.34 untersuchten die Wirkung eines Nanokältemittels auf die Leistung eines Dampfkompressionskühlsystems basierend auf 0,01 Vol.-% und 0,02 Vol.-% Al2O3, dispergiert in R134a. Die Ergebnisse zeigten, dass eine Erhöhung der Nanopartikelkonzentration den COP um 3,33 % bis 12 % verbesserte und den Stromverbrauch um fast 1,6 % bzw. 3,3 % senkte. Pandey und Singh35 untersuchten die Wirkung eines Nanokältemittels auf die Leistung eines Dampfkompressionskühlsystems basierend auf 0,2, 0,4 und 0,6 Vol.-% TiO2, dispergiert in R134a. Die Ergebnisse zeigten, dass sich der COP um etwa 11,1 % verbesserte. Darüber hinaus wurde kein Anstieg oder Rückgang des Stromverbrauchs beobachtet, was auf eine vollständige Auflösung der Nanopartikel im Kältemittel schließen lässt.

Kedzierski et al.36 untersuchten die thermophysikalischen Eigenschaften von Nanoschmierstoffen auf Basis von Al2O3 und ZnO, die Polyolesteröl bei Temperaturen im Bereich von 288 bis 318 K zugesetzt wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass durch Erhöhung der Nanopartikelkonzentration die Viskosität, Dichte und Wärmeleitfähigkeit zunahmen Eine Erhöhung der Temperatur führt zu einer Abnahme der Viskosität und Dichte. Sanukrishna und PrakashPrakash37 untersuchten die Wärmeleitfähigkeit und Viskosität von Nanoschmierstoffen auf Basis von 0,07 bis 0,8 Vol.-% TiO2 gemischt mit Polyalkylenglykol bei Temperaturen im Bereich von 20 °C bis 90 °C. Sie fanden heraus, dass durch eine Erhöhung der Nanopartikelkonzentration alle diese Parameter zunehmen, während eine Erhöhung der Temperatur zu einer Verringerung dieser Parameter führt. Zawawi et al.38 untersuchten die Wärmeleitfähigkeit und Viskosität von Nanoschmierstoffen auf Basis von 0,02 bis 0,1 Vol.-% Al2O3/SiO2, Al2O3/TiO2 und TiO2/SiO2 gemischt mit Polyalkylenglykolöl bei Temperaturen im Bereich von 303 bis 353 K. Die Ergebnisse gaben an, dass 0,1 Vol.-% Al2O3/TiO2/PAG die Viskosität bei 303 K um etwa 20,50 % verbesserte. Während 0,1 Vol.-% Al2O3/SiO2/PAG die Wärmeleitfähigkeit bei 303 K um etwa 2,41 % verbesserte, bewerteten Harichandran et al.39 die Dichte und kinematische Viskosität von Nanoschmierstoffen basierend auf 0,1 bis 0,4 Vol.-% h-BN-Nanopartikeln. Die Ergebnisse zeigten, dass mit zunehmender Nanopartikelkonzentration die Dichte zunahm. Darüber hinaus nimmt die kinematische Viskosität von reinem Öl und Nanoschmierstoffen mit steigenden Temperaturen ab und die kinematische Viskosität von 0,4 Vol.-% h-BN war etwa 14 % höher als die von reinem Öl. Karthick et al.15 untersuchten die Wärmeleitfähigkeit der folgenden Proben, Probe 1 (Mineralöl + 0,02 Vol.-% Al2O3 + 0,01 Vol.-% TiO2), Probe 2 (Mineralöl + 0,01 Vol.-% Al2O3 + 0,005 Vol.-% TiO2), Probe 3 ( Mineralöl + 0,05 Vol.-% Al2O3) und Probe 4 (Mineralöl + 0,02 Vol.-% Al2O3 + 0,02 Vol.-% ZnO). Die Ergebnisse zeigten, dass der Nanoschmierstoff auf Basis von 0,05 Vol.-% Al2O3 einen höheren Wert der Wärmeleitfähigkeit erreichte, während der Nanoschmierstoff auf Basis von 0,01 Vol.-% Al2O3 und 0,005 Vol.-% TiO2 den niedrigsten Wert der Wärmeleitfähigkeit erreichte. Kumar et al.40 untersuchten die Viskosität von Nanoschmierstoffen auf Basis von 0,2 bis 1,0 Gew.-% CuO. Die Ergebnisse zeigten, dass 0,2–1,0 Gew.-% CuO die Viskosität um etwa 17 % verbesserten, während die Viskosität mit zunehmender Temperatur abnahm. Jatinder et al.41 untersuchten die Wärmeleitfähigkeit und Viskosität von Nanoschmierstoffen auf Basis von 0,1 bis 0,6 g/L TiO2. Die Ergebnisse zeigten, dass die Wärmeleitfähigkeiten etwa 14,37–41,25 % höher waren als die von reinem Schmierstoff, während die Viskosität etwa 2–41,25 % höher war als die von reinem Schmierstoff. 6 %. Darüber hinaus nimmt die Viskosität von Nanoschmierstoffen mit zunehmender Nanopartikelkonzentration auf 0,2 g/L ab und steigt dann mit zunehmender Konzentration an, um den Spitzenwert bei 0,6 g/L TiO2 zu erreichen.

Die Zugabe von Nanopartikeln aus Metall, Metalloxid oder Hybrid zum Kühlsystem verbessert die Leistung des Systems durch Verbesserung der thermophysikalischen Eigenschaften der Grundflüssigkeit. Der tatsächliche Einsatz von Nanopartikeln ist jedoch aufgrund der hohen Kosten und der Instabilität von Nanopartikeln über einen langen Zeitraum während ihrer Rotation im Kühlkreislauf nicht gelungen. Die Verwendung von Nanopartikeln als Hybride hat in den letzten Jahren das Interesse vieler Forscher geweckt, da sie versucht, sowohl die thermischen Eigenschaften als auch die Stabilität von Nanopartikeln zu verbessern.

In dieser Forschung wurden die Nanopartikel wie folgt hergestellt: CuO, CeO2, die erste Mischung bestand aus 50 % CuO mit 50 % CeO2, die zweite Mischung bestand aus 60 % CuO mit 40 % CeO2, die dritte Mischung bestand aus 70 % CuO mit 30 % CeO2, die vierte Mischung bestand aus 40 % CuO mit 60 % CeO2 und die fünfte Mischung bestand aus 30 % CuO mit 70 % CeO2. Um seine Fähigkeit zu untersuchen, den COP des Kühlsystems zu erhöhen und die Stabilität der Nanopartikel zu verbessern, wurde eine Probe der ersten Mischung mit einer empfindlichen Waage gewogen und dann in den fest verschlossenen und evakuierten Mischbehälter gegeben Luft mit einer Vakuumpumpe. Der Behälter wurde erneut gewogen, um sicherzustellen, dass es nach dem Vakuumprozess zu keinem Verlust an Nanopartikeln kam. Der Mischbehälter wurde aus Pyrex hergestellt. Die folgenden Teile wurden mit dem Behälter installiert: Deckel aus Kupfer mit einem Innendurchmesser von 4 cm, Kupferrohr in L-Form, seine Länge 6,5 cm innerhalb des Behälters ist mit einer Kappe verschweißt und seine Länge außerhalb des Behälters 2,5 cm mit einer zusätzlichen Länge von bis zu 4 cm, um das Ventil für die Gasübertragung zu platzieren. Dieser Behälter wurde auf seine Dichtigkeit getestet. Abbildung 1 zeigt den Mischbehälter dieser Studie. Um eine stabile Lösung des Nanokältemittels zu erreichen, wurde die Probe einem Ultraschallgerät ausgesetzt, das mit einer Leistung von 320 W und einer Frequenz von 35 kHz arbeitet. In dieser Studie gelang es, eine homogene Mischung für einen ganzen Tag zu erhalten, während der Mischvorgang eine Stunde lang andauerte. Dies deutet darauf hin, dass die Verwendung von Nanopartikeln als Mischung dazu beitragen kann, über einen längeren Zeitraum eine homogenere und stabilere Mischung zu erhalten veranlasst uns, bald eine Reihe von Studien auf diesem Gebiet zu starten. Glücklicherweise ist die in dieser Forschung verwendete Herstellungsmethode, da die Materialien, aus denen Nanopartikel hergestellt werden, in allen Chemielabors üblich. Damit wird die Kostenbarriere, die eines der größten Hindernisse für den Einsatz von Nanopartikeln darstellt, durchbrochen. Somit stellt diese Forschung einen Versuch dar, die Barriere hoher Nanopartikelkosten zu durchbrechen und Nanopartikel mit hoher Wärmeleitfähigkeit zu einigermaßen erschwinglichen Kosten zu erhalten. Welche Mischung stellt nicht nur eine Alternative zu Hybrid-Nanopartikeln dar, sondern kann auch das Problem der Stabilität von Nanopartikeln langfristig lösen?

(a) Ultraschallgerät und (b) das Mischgefäß des Nanokältemittels.

Dieser Abschnitt besteht aus vier Teilen. Im ersten Teil wurde ein Experiment mit einem Dampfkompressionskältesystem unter Verwendung von R134a als Kältemittel durchgeführt und der Leistungskoeffizient auf der Grundlage der Änderung der Enthalpie des Kältemittels berechnet. Anschließend wurde die Ansys Fluent-Softwareversion 19.0 verwendet, um den Leistungskoeffizienten theoretisch zu berechnen und eine Vergleichsstudie zwischen den experimentellen und theoretischen Ergebnissen durchzuführen. Im zweiten Teil wurden sieben Arten von Nanopartikeln hergestellt, der Herstellungsprozess wird später im Detail erläutert. Im dritten Teil werden der Kälteanlage theoretisch Nanopartikel zugesetzt, um deren Wirkung auf die Leistungszahl der Kälteanlage zu verifizieren. Im vierten Teil werden einige in der Literatur verfügbare numerische Gleichungen verwendet, um die thermophysikalischen Eigenschaften von R134a unter Verwendung verschiedener Nanopartikelkonzentrationen zu berechnen.

Das Dampfkompressionskühlsystem muss evakuiert werden, um Substanzen wie Luft, Wasser, Feuchtigkeit und Inertgase aus dem Kühlsystem zu entfernen, was verschiedene Auswirkungen hat, die zu einer Verkürzung der Lebensdauer des Kreislaufs führen. Mit dem Luftkompressor wird die Luft gepumpt, der Druck überwacht und eine Dichtheitsprüfung durchgeführt, um sicherzustellen, dass es während des Betriebs des Systems zu keiner Leckage kommt.

Ein Experiment wurde in einem Labor unter normalen Bedingungen an der Technischen Universität Yildiz in Istanbul, Türkei, durchgeführt. Das System wurde mit R134a als Arbeitsflüssigkeit befüllt. Die Wahl von R134a als Kältemittel für das Kühlsystem basierte auf der Tatsache, dass es für alle Arten von Oxiden geeignet ist, im Betrieb sicher ist, kein Ozonabbaupotenzial aufweist und außerdem nicht brennbar ist kostengünstig und in den meisten früheren Studien wurde es in Kühlsystemen eingesetzt. Zur Überwachung der Temperaturen und Drücke an den Ein- und Ausgängen eines Kompressors, eines Kondensators und eines Verdampfers wurden digitale Messgeräte verwendet. Zur Überwachung des Stromverbrauchs wurde ein digitales Wattmeter und zur Überwachung des Massendurchflusses von R134a ein digitaler Durchflussmesser verwendet , vernachlässigbarer Wärmeverlust an die Umgebung und die Änderungen der kinetischen und potentiellen Energie.

Jedes Experiment wurde mehrmals durchgeführt und es dauerte 15 Minuten, bis die Messwerte von Druck- und Temperaturmessgeräten abgelesen wurden, um höchste Genauigkeit und stabile Leistung zu erzielen.

Tabelle 1 zeigt die technischen Details des Versuchssystems. Ein Versuchsaufbau und sein schematisches Diagramm sind in Abb. 2 dargestellt. Das Experiment besteht aus einem Kompressor, einem Kondensator, einem Verdampfer und einem Expansionsventil.

(a) Experimentelle Arbeit und ihre entsprechenden Parameter und (b) schematisches Diagramm des Experiments, gezeichnet vom Maschinenbauingenieur Taher Abdaladeem Jaber.

Die Temperaturen und Drücke, die von Messgeräten am Einlass und Auslass von Verdampfer, Kondensator und Kompressor abgelesen werden, werden in den Engineering Equation Solver (EES) eingegeben. Diese Software hilft bei der Bestimmung der Enthalpie von R134a und der Änderung in der Gasphase, wobei zwei Phasen des Gaskreislaufs im System erfasst wurden, nämlich die Enthalpie des überhitzten Dampfes (h1, h2) am Einlass und Auslass des Kompressors, der überhitzte Dampfenthalpie (h3) am Eingang des Kondensators, die Enthalpie der komprimierten Flüssigkeit (h4) am Ausgang des Kondensators, die Enthalpie der komprimierten Flüssigkeit (h5) am Eingang des Verdampfers und die Enthalpie des überhitzten Dampfes (h6) am Ausgang des Verdampfers. Für die Analyse wurden die aufgeführten maßgeblichen Gleichungen verwendet20. Die im Versuchsaufbau verwendeten Eigenschaften von R134a sind in Tabelle 2 angegeben und der Versuchszyklus im P-h-Diagramm ist in Abb. 3 dargestellt.

Der Zyklus des Experiments im P-h-Diagramm.

Sowohl der Verdampfer als auch der Kondensator wurden ausgewählt, um den Einfluss der Durchschnittstemperatur auf die Leistung des Kühlsystems zu untersuchen. Um das mathematische Modell zu erhalten, sind die folgenden Schritte erforderlich: (1) Die Geometrie jedes Verdampfers und Kondensators wurde mit der Solid Works-Software auf der Grundlage der in Tabelle 3 aufgeführten realen Abmessungen entworfen, wobei diese Software dabei half, schnell und genau zu zeichnen und dann als zu speichern Para Solid-Format, um die Datei zur Analyse in Ansys Fluent zu importieren. (2) Die Vernetzung spielt eine entscheidende Rolle bei der Erzielung von Genauigkeit. Für eine erfolgreiche numerische Simulation ist eine qualitativ hochwertige Simulation erforderlich. Aus diesem Grund wird in vielen Fällen eine Netzunabhängigkeitsanalyse mit unterschiedlicher Anzahl von Elementen und Knoten durchgeführt, um die Gültigkeit der Qualität des Netzes in der Lösung zu überprüfen. Die Maschenstatistik verwendete die Gesamtzahl der Elemente 2.809.136 und die Gesamtzahl der Knoten 2.971.904. Diese Ergebnisse der Netzunabhängigkeitsanalyse sind in Tabelle 4 dargestellt.

Es wurden mehrere Konturen erstellt, um den Gradienten der Temperatur, des Drucks und der Geschwindigkeit sowohl im Kondensator als auch im Verdampfer darzustellen. Einige dieser Konturen sind in Abb. 4 dargestellt. Diese Konturen bestimmen die Geschwindigkeit, den Druck und die Temperatur des Kältemittels (R134a), während es durch die Rohre zirkuliert. Die in der Zeichnung gezeigten Farben zeigen an, dass die roten Farben den höchsten Messwert liefern, die blauen Farben den niedrigsten Messwert und die Farben zwischen Rot und Blau in allen Fällen der Abstufung, unabhängig davon, ob es sich um Temperatur, Druck oder Geschwindigkeit handelt, zwischen dem höchsten und dem niedrigsten Wert liegen .

(a) Der Wärmegradient des Kondensators und (b) der Wärmegradient des Verdampfers.

Schritt 3) Fließende Einrichtung, nachdem die Geometrie und das Netz eingegeben wurden. Die in der Lösung verwendeten Gleichungen werden wie folgt eingegeben: die Kontinuitäts-, Impuls- und Energiegleichungen, wobei diese Gleichungen alle theoretischen Werte extrahieren, die in den im Inneren absorbierten Wärmemengen dargestellt werden vom Verdampfer und vom Kondensator zurückgewiesene Energie, die vom Kompressor verbrauchte Energie sowie die theoretischen Temperaturen und Drücke, die mit den experimentellen Werten verglichen werden müssen, um so direkt zur Lösungsstufe und von dort zu den erhaltenen Ergebnissen zu gelangen.

Die Nanopartikel wurden auf Basis von Nitraten, destilliertem Wasser und Ammoniak hergestellt. Der Vorbereitungsprozess wurde wie folgt gebrieft:

Die Temperatur wurde 1 Stunde lang auf 80 °C erhöht, während die Mischgeschwindigkeit bei 375 U/min gehalten wurde

Ammoniak wird zugegeben, während die Temperatur bei 60 °C, die Mischgeschwindigkeit bei 375 U/min und der pH-Wert = 10 ± 1 gehalten wird

Erhöhen Sie die Temperatur, bis sich das Kupferoxid auf 90 °C ablagert

Reduzieren Sie die Temperatur der Lösung auf Raumtemperatur

Filtrationsprozess

Trocknen im Elektroofen bei 110 °C

Mahlvorgang

Untersuchungsvorgang; Und

Verpackung. Gemäß den nachstehenden Gleichungen wurden die Nanopartikel wie in Tabelle 5 deutlich angegeben hergestellt und ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften sind in Tabelle 6 aufgeführt.

wobei M: Mol (g/mol), W: Gewicht (g), Mw: Molekulargewicht (mol), C: Molkonzentration (mol/L), n: Anzahl der Mol.

Tabelle 5 zeigt, dass die Gewichte der an der Reaktion beteiligten Substanzen in Mol umgerechnet wurden, indem das Gewicht durch das Molekulargewicht dividiert wurde, wie in Gleichung angegeben. (5). Dann wurde die molare Konzentration wie in Gleichung angegeben berechnet. (6) durch Division der Molzahl durch das Volumen des Lösungsmittels in Litern.

Beachten Sie Folgendes: Die Molekulargewichte der Reaktanten waren wie folgt

Nach Abschluss der im Abschnitt „Numerische Methode, Geometrie und Netz von (VCRS)“ genannten Geometrie- und Maschenstufen ist das Kühlsystem für diese Studie bereit, die Nanopartikel aufzunehmen. Diese Stufe wird als Setup bezeichnet, bei dem der Typ des Lösers so ausgewählt wird, dass der Druck basiert, die Geschwindigkeitsformulierung absolut ist, die Zeit als konstant angenommen wird und die Schwerkraft mit − 9,81 m/s berücksichtigt wird. Diese Studie umfasste zwei Modelle: Das erste ist das viskose Standard-K-Epsilon-Modell und das zweite das Mischungsmodell, das am häufigsten zur Simulation der Strömung von mehr als einer Phase in (CFD) verwendet wird. Um den Phasenaufbau vorzunehmen, werden die Eigenschaften von R134a in die flüssige und gasförmige Phase eingegeben, und die Nanopartikel mit den dafür angegebenen Anteilen hängen von den Nanofluidgleichungen ab und behandeln Nanopartikel und R134a auf der Grundlage der Bildung eines homogenen Materials, wie unten gezeigt.

Dabei sind Keff, Kbf und KP die Wärmeleitfähigkeiten des Nanokältemittels, des Basiskältemittels in der flüssigen Phase bzw. des Partikels und ϕ der Partikelvolumenanteil

wobei \({\upmu }_{\mathrm{nr}}\) und \({\upmu }_{\mathrm{r}}\) die dynamischen Viskositäten des Nanokältemittels bzw. des Kältemittels sind.

Die Dichte und spezifische Wärme des Nanokältemittels sind in den Gleichungen dargestellt. (9) und (10)

wobei \({\varnothing },\mathrm{ \rho bF},\mathrm{\rho nP}\),\(\mathrm{und Cp sind a}\) Volumenanteil der Nanopartikel, Dichte der Grundflüssigkeit, Dichte von Nanopartikel, spezifische Wärme des Basiskältemittels und spezifische Wärme von Nanopartikeln44,45. Ein Mischungsmodell löst die Impuls-, Kontinuitäts- und Energiegleichungen für die Mischung und löst die Gleichung des Volumenanteils für die Sekundärphasen44,45 Eine Kontinuitätsgleichung für das Volumen Bruchteil einer (oder mehrerer) der Phasen. Für die q-te Phase hat diese Gleichung die folgende Form:

wobei \({\dot{\mathrm{m}}}_{\uprho{\rm q}},\mathrm{ t}\) die Masse von der Phase \(\uprho \) zur Phase \(\mathrm {q}\), \({\dot{\mathrm{m}}}_{\mathrm{qp}}\) der Stoffübergang von der Phase \(\mathrm{q}\) zur Phase \(\uprho \ ).

Im gesamten Bereich wird eine einzige Impulsgleichung gelöst; sie ist durch die Eigenschaften \(\mathrm{\rho und \mu}\) von den Volumenanteilen aller Phasen abhängig.

Die Energiegleichung wird auch von den Phasen geteilt

Die Menge an Nanopartikeln, die zu R134a hinzugefügt wurde, betrug 2,6 g, während die Menge an R134a 1039 g betrug, da dies die Menge war, mit der das System im ersten Teil des Experiments betrieben wurde, um einen Massenanteil von 0,25 Gew.-% zu erreichen. Die theoretischen Ergebnisse, die durch die Zugabe einer Menge Nanopartikel erzielt werden, werden vorgestellt und ihre Auswirkungen auf die Leistung des Kühlsystems in der Diskussion diskutiert.

Die Variation der thermophysikalischen Eigenschaften von Nanokältemitteln auf Basis von R134a, die aus unterschiedlichen Volumenanteilen von Nanopartikeln zwischen 0,05 und 0,33 Vol.-% bestehen, ist in den Tabellen 7, 8, 9 und 10 deutlich dargestellt, in denen die Wärmeleitfähigkeit des Nanokältemittels anhand der Maxwell-Gleichung ermittelt wurde angegeben in Gl. (7). In dieser Studie wurde das Brinkman-Modell gewählt, um die Auswirkung unterschiedlicher Volumenkonzentrationen auf die Viskosität des in Gl. angegebenen Nanokältemittels zu berechnen. (8). Die Dichte und spezifische Wärme des Nanokältemittels können mithilfe der Gleichungen berechnet werden. (9) und (10).

Dieser Abschnitt besteht aus vier Teilen; Im ersten Teil werden die Ergebnisse besprochen, die durch die Durchführung eines Experiments mit dem Kühlsystem erzielt wurden, und diese Ergebnisse mit einer Simulation verglichen, die mit der Software Ansys Fluent 19.0 durchgeführt wurde. Im zweiten Teil werden die Ergebnisse diskutiert, die bei der Herstellung von Nanopartikeln erzielt wurden. Im dritten Teil werden die Ergebnisse der theoretischen Studie besprochen, bei der Nanopartikel in das Kühlsystem eingeführt wurden, um ihre Auswirkungen auf den Leistungskoeffizienten des Systems zu untersuchen. Im vierten Teil werden die Ergebnisse besprochen, die aus in der Literatur verfügbaren numerischen Gleichungen zur Berechnung gewonnen wurden thermophysikalische Eigenschaften von R134a unter Verwendung verschiedener Nanopartikelkonzentrationen.

Für den Verdampfer und den Kondensator wurde ein theoretisches Modell mit ähnlichen Spezifikationen wie das experimentelle System entworfen; Die erhaltenen Ergebnisse wurden grafisch dargestellt, um die Auswirkungen der Durchschnittstemperatur sowohl des Verdampfers als auch des Kondensators auf COP und WC zu zeigen, wie in Abb. 5a–d dargestellt. Der COP bei unterschiedlichen Verdampfertemperaturen ist in Abb. 5a dargestellt; Ein Anstieg der Verdampfertemperaturen führt zu einem Anstieg des COP aufgrund einer Erhöhung der Kühlwirkung aufgrund einer Erhöhung sowohl der Enthalpiedifferenz als auch des Massenstroms von R134a durch den Verdampfer und zu einer Verringerung der Kompressorarbeit. Der Stromverbrauch bei unterschiedlichen Verdampfertemperaturen ist in Abb. 5b dargestellt; Ein Anstieg der Verdampfertemperaturen führt zu einer Verringerung des Stromverbrauchs aufgrund einer Erhöhung der Ansaugtemperatur, was zu einem Anstieg sowohl des Verdampfungsdrucks als auch der Dichte des in den Kompressor eintretenden Ansaugdampfs führt, was zu einem Anstieg des Massendurchsatzes von R134a führt den Kompressor für eine gegebene Kolbenverdrängung und senkt den Stromverbrauch. Die Auswirkungen der Durchschnittstemperatur des Kondensators auf den COP sind in Abb. 5c dargestellt; Sie nimmt mit steigender Kondensatortemperatur aufgrund einer Abnahme der Kühlwirkung und einer Zunahme der Kompressorarbeit ab. Eine Erhöhung der Kondensatortemperaturen führt zu einer Zunahme der Wärmeabgabe aufgrund einer Zunahme sowohl der Enthalpiedifferenz als auch des Massendurchsatzes von R134a durch den Kondensator. Andererseits führt eine Erhöhung der Kondensatortemperatur zu einem Anstieg des Stromverbrauchs, wie in Abb. 5d dargestellt.

(a) Die Wirkung von Tav, ev auf Cop, (b) Die Wirkung von Tav, ev auf den Stromverbrauch, (c) Die Wirkung von Tav, cond auf COP und (d) Die Wirkung von Tav, cond auf die Leistung Verbrauch.

Um eine hohe Genauigkeit zu erreichen, wurde das Experiment in mehrere Fälle unterteilt, wobei jeder Fall fünf Experimente umfasste und jedes Experiment dreimal wiederholt wurde. Das Experiment, das die größte Konvergenz mit dem mit Ansys Fluent berechneten theoretischen Wert ergab, wurde ausgewählt, um dann alle diese Punkte zu erfassen und sie mit den Durchschnittstemperaturen des Verdampfers und Kondensators darzustellen. Bei der kritischen Prüfung der Ergebnisse aus Experiment und Simulation wurde festgestellt, dass die Ergebnisse beider Methoden gut miteinander übereinstimmen. Dies bestätigt, dass die Ergebnisse identisch sind und kein Korrekturfaktor erforderlich ist, wie die Ergebnisse zeigen. In Übereinstimmung mit früheren Studien bestätigen unsere Ergebnisse den Anstieg des COP mit der Temperatur des Verdampfers und dessen Abnahme mit der Erhöhung der Temperatur des Kondensators sowie die Verringerung des Energieverbrauchs mit einer Erhöhung der Durchschnittstemperatur des Kondensators Verdampfer und ein Anstieg mit steigender Durchschnittstemperatur des Kondensators.

Die Charakterisierung von Nanopartikeln wurde am 24. September 2019 an der Huazhong University of Science and Technology in China mithilfe von XRD-Analyse und Rasterelektronenmikroskopiebildern (REM) durchgeführt. Die Ergebnisse der Nanopartikelvorbereitung sind in Abb. 6a – d dargestellt. Das XRD-Muster wurde von 20 bis 80 Grad gescannt und bestätigte die nanokristalline Natur von CuO. Alle Peaks stimmten in Position und Intensität mit dem Datenbankstandard (JCPDS 00-045-0937) des kubisch-flächenzentrierten CuO-Kristalls mit Fluoritstruktur überein. Das Fehlen zusätzlicher Beugungspeaks bestätigt die nanokristalline Beschaffenheit und Reinheit der Proben.

XRD-Muster von (a) reinem CuO, (b) reinem CeO2, (c) 0,5 % CuO, 0,5 % CeO2, (d) 0,6 % CuO, 0,4 % CeO2-Nanopartikeln.

Das XRD-Muster von CeO2 wurde von 20 bis 80 Grad gescannt und bestätigte die nanokristalline Natur von CeO2. Alle Peaks stimmten in Position und Intensität mit dem Datenbankstandard (JCPDS 00-004-0593) des kubisch-flächenzentrierten CeO2-Kristalls mit der Fluoritstruktur überein. Das Fehlen zusätzlicher Beugungspeaks bestätigt die nanokristalline Beschaffenheit und Reinheit der Proben.

Die SEM-Bilder bewiesen, dass die Partikel der Proben eine annähernd kugelförmige Form hatten und die Partikelgrößen von CuO, CeO2, 0,5 % CuO + 0,5 % CeO2 und 0,6 % CuO + 0,4 % CeO2 mit 78,95 nm, 79,9 nm und 44,15 nm bzw. 63,3 nm basierend auf den REM-Bildern, wie in Abb. 7a – d dargestellt. Mit dieser Forschung gelang es, Nanopartikel mit geeigneten Durchmessern herzustellen. Ceroxid wurde erstmals verwendet, um seinen Einfluss auf die Leistung des Kühlsystems zu bestimmen. Es wird erwartet, dass diese Studie die Tür für zukünftige Studien öffnet, um neue Eigenschaften von Ceroxid als Mischung mit Kupferoxid aufzudecken; Insbesondere wurden sie nach dem gleichen Verfahren als homogene Mischung hergestellt, die die Eigenschaften beider Oxide aufweist.

(a) Sphärisches CuO, (b) Sphärisches CeO2, (c) Sphärisches 0,5 % CuO + 0,5 % CeO2, (d) Sphärisches 0,6 % CuO + 0,4 % CeO2.

Die durch die Zugabe von CuO erzielten Ergebnisse sind in Abb. 8a – i grafisch dargestellt, um die Auswirkungen der Durchschnittstemperatur des Verdampfers auf den COP und den WC zu zeigen. Wie aus den Ergebnissen hervorgeht, verursachte die Zugabe von 0,25 Gew.-% CuO einen Anstieg der Temperatur des Verdampfers an seinem Ein- und Ausgang, was zu einem Anstieg sowohl des COP als auch der im Verdampfer absorbierten Wärmemenge und damit zu einer Verringerung führte in der vom Kompressor verbrauchten Energiemenge Diese Schlussfolgerung steht im Einklang mit früheren Studien, und der Hauptgrund für das Auftreten dieser Änderungen ist die hohe Wärmeleitfähigkeit des Kältemittels aufgrund seiner Mischung mit CuO, das eine durchschnittliche Wärmeleitfähigkeit von 20 aufweist auf 40 (W/mK). Die Zugabe der gleichen Menge CeO2 führte zu einem Anstieg der Temperatur des Verdampfers an seinem Ein- und Ausgang, was zu einem Anstieg sowohl des COP als auch der im Verdampfer absorbierten Wärmemenge führte Dadurch verringert sich der Energieverbrauch im Kompressor. Der Hauptgrund für das Auftreten dieser Veränderungen ist die hohe Wärmeleitfähigkeit des Kältemittels aufgrund seiner Mischung mit CeO2, das eine durchschnittliche Wärmeleitfähigkeit von 11,7 (W/mK) aufweist. Die Zugabe der gleichen Menge 0,5 % CuO mit 0,5 % CeO2 führte zu einem Anstieg der Temperatur des Verdampfers an seinem Ein- und Ausgang, was zu einem Anstieg sowohl des COP als auch der im Verdampfer aufgenommenen Wärmemenge führte. Dies führt zu einer Verringerung der im Kompressor verbrauchten Energiemenge und der Hauptgrund für das Auftreten dieser Veränderungen ist die hohe Wärmeleitfähigkeit des Kältemittels aufgrund seiner Mischung mit Nanopartikeln. Die Zugabe der gleichen Menge von 0,6 % CuO mit 0,4 % CeO2 führte zu einem Anstieg der Temperatur des Verdampfers an seinem Ein- und Ausgang, was zu einem Anstieg sowohl des COP als auch der im Verdampfer aufgenommenen Wärmemenge und damit zu einem Anstieg führte Verringerung des Energieverbrauchs im Kompressor. Der Hauptgrund für das Auftreten dieser Veränderungen ist die hohe Wärmeleitfähigkeit des Kältemittels aufgrund seiner Mischung mit Nanopartikeln. Da der wichtigste Faktor zur Verbesserung der Leistung des Kühlsystems nach Zugabe der Nanopartikel die Temperatur des Verdampfers ist, wurden alle Ergebnisse so aufgezeichnet, dass die Auswirkung der durchschnittlichen Verdampfertemperatur auf den COP des Systems bei einer bestimmten Menge an Nanopartikeln dargestellt wird wird gezeigt. Nagaraju et al.31 haben bewiesen, dass die Zugabe von Kupferoxid zu R134a den COP des Kühlsystems in einem Ausmaß verbesserte, das in etwa dem entspricht, was in dieser Studie festgestellt wurde, und dass die Methode, mit der Nanopartikel hergestellt werden, die Form, der Durchmesser und die hinzugefügte Menge Die Kältemittel spielen eine wichtige Rolle bei der Bestimmung des Ergebnisses.

Die Auswirkungen von Tav, ev auf Cop und WC bei einem konstanten Massenanteil und Vergleich der Ergebnisse von VCRS mit Nano- und ohne Nanopartikeln.

Die Ergebnisse geeigneter Modelle aus bestehenden Untersuchungen zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit, Viskosität, Dichte und spezifischen Wärme der Nanokältemittel für die in R-134a suspendierten Nanopartikelkonzentrationen von 0,05 bis 0,33 Vol.-% sind in Abb. 9 grafisch dargestellt und weisen darauf hin Die Wärmeleitfähigkeit, Viskosität und Dichte aller Arten von Nanopartikeln stiegen linear mit der Volumenkonzentration der Nanopartikel, wobei das Nanokältemittel CuO/R-134a den besten Wert der Wärmeleitfähigkeit aufwies. Während die spezifische Wärme mit steigender Nanopartikelvolumenkonzentration linear abnahm, stimmt dieses Ergebnis mit dem Ergebnis von Alawi und Sidik45 überein, die bestätigten, dass eine Erhöhung der Konzentration von CuO in R134a die Wärmeleitfähigkeit, Viskosität und Dichte verbessert, während die spezifische Wärme abnimmt.

Die Auswirkungen von Nanopartikeln auf die thermophysikalischen Eigenschaften des Nanokältemittels.

Ein neues Konzept von Nanopartikeln wurde eingeführt, um die Tür für die Beantwortung vieler zukünftiger Fragen zu öffnen, da Ceroxid zusammen mit Kupferoxid als ein Material verwendet wurde, das aus einer Mischung beider Oxide besteht, und die für Kupferoxid erzielten Ergebnisse mit früheren Studien übereinstimmten. Dabei gelang es Kupferoxid, die Leistung des Kühlsystems zu verbessern und den COP um 25 % zu steigern, und Ceroxid gelang es, die Leistung des Systems um einen geringeren Wert zu verbessern. Für die Mischung bestätigten die Ergebnisse, dass die Mischung mit einem höheren Kupferoxidanteil bessere Ergebnisse lieferte. Die Methode zur Herstellung von Nanopartikeln war einfach und erschwinglich und ergab zwei Arten von Oxiden und fünf Arten von Mischungen. Ob sich mit dieser Methode auch andere Oxide, insbesondere Oxide mit hoher Wärmeleitfähigkeit, gewinnen lassen, bleibt in der Forschung offen, da mit zunehmender Wärmeleitfähigkeit die Kosten für Nanopartikel steigen. Dennoch ermutigen die theoretischen Ergebnisse dieser Forschung die Forscher, im Bereich der experimentellen Studien voranzukommen. Diese Studie empfiehlt die Durchführung von Experimenten, um das Verhalten von Ceroxid in Kühlsystemen zu überprüfen und sein Verhalten bei verschiedenen Temperaturen für den Verdampfer zu überwachen, insbesondere aufgrund der Ergebnisse Ergebnisse dieser Forschung zeigen, dass Ceroxid aufgrund seiner guten Wärmeleitfähigkeit die Leistung des Kühlsystems verbessert. Diese Studie empfiehlt das Mischen von Materialien, die mit anderen Kältemitteln und Kompressorschmierölen hergestellt wurden, um ihre Wirkung auf die thermophysikalischen Eigenschaften von Kältemitteln und Ölen zu untersuchen. Da das Problem der Stabilität von Nanopartikeln mit Kältemitteln eines der wichtigsten Probleme ist, wurde kürzlich ein Hybrid aus verschiedenen Oxiden zur Lösung dieses Problems eingesetzt. Gelingt es mit der in dieser Studie genannten Mischung aus zwei verschiedenen Oxiden, bessere Ergebnisse zu erzielen, da die Mischung bestehend aus 50 % Kupferoxid und 50 % Ceroxid bereits im Labor ausschließlich mit dem Ultraschallgerät mit R134a gemischt wurde? Eine Stunde lang war das Ergebnis eine stabile Mischung für einen ganzen Tag.

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HAM: Bereitete die Nanopartikel vor und untersuchte später ihre Wirkung auf die Leistung von Kühlsystemen und die physikalischen Eigenschaften von Thermoskannen sowie die Zusammenarbeit zwischen UC, AB und MA: Bei der sprachlichen Durchsicht des Papiers.

Korrespondenz mit HudaElslam Abdali Mohamed.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

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Eingegangen: 24. Dezember 2021

Angenommen: 02. Mai 2022

Veröffentlicht: 25. Mai 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-12942-7

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