Investigación de Rendimiento Del Radiador de Automóvil Operado Con Nanofluid Basado AlO

8/19/2019 Investigación de Rendimiento Del Radiador de Automóvil Operado Con Nanofluid Basado AlO

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Investigación de Rendimiento del radiador de automóvil operado con nanofluid basado AlO

Resumen: En este estudio, efecto de la adición de nanopartículas de Al2O3 a la base delíquidos (mezcla de EG + Agua) en el radiador del automóvil se investiga experimentalmente.Los radiadores son intercambiadores de calor compactos optimizados y evaluados teniendo en

cuenta diferentes condiciones de trabajo. El sistema de refrigeración de un automóvil juega unpapel importante en su rendimiento, se compone de dos partes principales, conocidos comoradiador y el ventilador. Mejora de la eficiencia térmica del motor lleva a aumentar elrendimiento del motor, disminuyendo el consumo de combustible y reducir las emisionescontaminantes. Para este propósito, un montaje experimental fue diseñado. Efectos de latemperatura de entrada del fluido, la fracción de volumen de caudal y de partículas nano en latransferencia de calor se consideran. Los resultados muestran que número de Nusselt, latransferencia total de calor, la eficacia y generales coeficiente de transferencia térmicaaumenta con el aumento, fracción de volumen de partículas nano, aire número de Reynolds yla tasa de flujo másico de refrigerante que fluye a través del radiador.

Palabras clave: nanofluidos, Automóvil Radiador, Aumento de Transferencia de Calornomenclatura

Afr = Frontal Área del tubo

Dha = Hidráulica diámetro del tubo

Velocity G = masa en kg / m2s

T = temperatura en grados C

H = Longitud total de flujo de agua en m

µ= Viscosidad dinámica N / sm2

H = coeficiente de transferencia de calor W / m2K

f = factor de fricción de Fanning

J = Colburn factorizar subíndices adimensionales

K = conductividad térmica W / mK

bf = Fluid Base

Qt = transferencia de calor total W / m2K nf = nanofluid

m = caudal másico Kg / s

ai = temperatura de entrada de aire

Δp= Pérdida de carga N / m2 nfo = salida nanofluid y

nfi = entrada nanofluid

P = potencia de bombeo Watt,

Re = número de Reynolds

€= Eficacia.


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I. Introducción

En un automóvil, combustible y aire producir energía dentro del motor a través de lacombustión. Sólo una parte de la potencia total generada realmente suministrado al automóvilcon el poder, el resto se pierde en forma de gases de escape y el calor. Si no se elimina el

exceso de calor, la temperatura del motor es demasiado alta que da lugar a unsobrecalentamiento y la viscosidad desglose del lubricante debilitamiento de aceite, metal delas piezas del motor recalentado, y el estrés entre las piezas del motor que resulta en eldesgaste más rápido, entre los puestos móviles relacionados. Un sistema de refrigeración seutiliza para eliminar este calor excesivo. La mayoría de los sistemas de refrigeración deautomóviles constan de los siguientes componentes: radiador, bomba de agua, ventilador derefrigeración eléctrico, tapa de presión del radiador y termostato. De estos componentes, elradiador es la parte más prominente del sistema, ya que transfiere calor. Como refrigeranteviaja a través del bloque de cilindros del motor, se acumula calor. Una vez que la temperaturadel refrigerante aumenta por encima de un cierto valor umbral, el termostato del vehículo, seactiva una válvula que fuerza al refrigerante a fluir a través del radiador. A medida que elrefrigerante fluye a través de los tubos del radiador, el calor se transfiere a través de las aletasy paredes de tubo para el aire por conducción y convección

El radiador es un accesorio importante del motor del vehículo. Normalmente, se utiliza comoun sistema de refrigeración del motor y por lo general el agua es el medio de transferencia decalor .Para este sistema refrigerado por líquido, el calor residual se elimina a través de lacirculación de refrigerante que rodea a los dispositivos o entrar en los canales de refrigeraciónen los dispositivos. El refrigerante es impulsado por las bombas y el calor es arrastradoprincipalmente por intercambiadores de calor. Desarrollo tecnológico continuo en la industriaautomotriz ha aumentado la demanda de motores de alta eficiencia. Un motor de alta

eficiencia no sólo se basa en su rendimiento, sino también para una mejor economía decombustible y menos emisiones. La reducción de peso del vehículo por el diseño y el tamañode un radiador de optimización es una necesidad para hacer que el mundo verde. La adición dealetas es uno de los enfoques para aumentar la velocidad de enfriamiento del radiador. Seproporciona una mayor área de transferencia de calor y aumenta el coeficiente detransferencia de calor por convección de aire. Sin embargo, enfoque tradicional de aumentarla velocidad de enfriamiento mediante el uso de aletas y micro-canal ya ha llegado a su límite.[1] Características de masas óptimas para un conjunto radiador tubo de calor para aplicacionesespaciales fueron investigados por Vlassov et al. [2]. Sus resultados mostraron que bajo ciertascombinaciones de parámetros de entrada, el conjunto con acetona HP puede ser más eficazque el peso una con amoniaco, a pesar del criterio de factor de transporte de líquido indicauna tendencia opuesta.

Además, los fluidos de transferencia de calor en el aire y el lado del fluido como el agua,etilenglicol y mezcla de etileno glicol + agua (50:50) combinación de exposiciones muy bajaconductividad térmica. Como resultado, existe una necesidad de nuevos e innovadores fluidosde transferencia de calor para mejorar la tasa de transferencia de calor en un radiador deautomóvil. Nanofluidos parecen ser potencial sustitución de refrigerantes convencionales en elsistema de refrigeración del motor. Recientemente ha habido hallazgos de la investigaciónconsiderables destacando las actuaciones de transferencia de calor superiores de nanofluidos.Yu et al., [3] informaron de que alrededor del 15-40% de la mejora de la transferencia de calor

se puede lograr mediante el uso de varios tipos de nanofluidos. Con estas característicassuperiores, el tamaño y el peso de un radiador del coche del automóvil pueden reducirse sin


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afectar a su rendimiento de transferencia de calor. Esto se traduce en una mejor funciónaerodinámica para el diseño de un área frontal del coche del automóvil. Coeficiente de fricciónpuede ser minimizado y la eficiencia del consumo de combustible se puede mejorar.

Nanofluidos han atraído la atención como una nueva generación de fluidos de transferencia de

calor en la construcción en aplicaciones de refrigeración de automóviles, debido a su excelenterendimiento térmico. Recientemente, se han producido hallazgos de la investigaciónconsiderables destacando las actuaciones de transferencia de calor superiores de nanofluidos.[9]

Por lo tanto, este estudio trata de investigar las características de transferencia de calor de unradiador de automóvil utilizando mezcla de etilenglicol + agua (50:50) de combinaciónnanofluidos Al2O3 base como refrigerantes. El rendimiento térmico de un radiador deautomóvil operado con nanofluidos se compara con un radiador utilizando refrigerantesconvencionales. El efecto de la fracción de volumen de la Al2O3 nanopartículas con fluidos debase en También se llevaron a cabo el rendimiento térmico y la reducción de tamaño potencial

de un radiador. Nanopartículas de Al2O3 fueron elegidos en este estudio.II. Nanofluid en la mejora de la conductividad térmica y Nanofluid en la mejora de obligado

La transferencia de calor por convección

Eastman et al. [4] informó de que la conductividad térmica de nanofluidos de glicol de etilenoque contienen fracción de volumen de 0,3% de partículas de cobre se puede mejorar hasta un40% en comparación con la de basefluid etilenglicol. Hwang et al. [5] encontró que laconductividad térmica de los nanofluidos depende de la fracción de volumen de partículas yconductividad térmica de basefluid y partículas. Lee et al. [6] medido la conductividad térmicade baja concentración de alúmina acuosa volumen (Al2O3) nanofluidos producidos por elmétodo de dos pasos. Autores inferirse que la conductividad térmica de los aumentos acuosasnanofluidos linealmente con la adición de partículas de alúmina. La conductividad térmica deglicol de etileno dióxido de zinc (ZnO + EG) nanofluidos basados fue investigado por Yu et al.[7]. Se obtuvieron alrededor de 26,5% de mejora de la conductividad térmica mediante laadición de fracción de volumen de 5% de nanopartículas de dióxido de zinc en etilenglicol. Elpresente estudio concluyó que el tamaño de las nanopartículas y viscosidad de los nanofluidos jugó un papel vital en la relación de mejora de la conductividad térmica de ellos.

Mintsa et al. [8] investigó el efecto de la temperatura, tamaño de partícula y la fracción devolumen de la conductividad térmica de nanofluidos a base de agua de óxido de cobre y

alúmina. Autores sugirieron que las características térmicas se pueden mejorar con el aumentode la fracción de volumen de partículas ', temperatura y tamaño de partícula. Autoresencontraron que cuanto menor sea el tamaño de partícula, mayor es la conductividad térmicaefectiva de los nanofluidos al mismo fracción de volumen. Contacto área de superficie de laspartículas con movimiento browniano de fluido y se puede aumentar cuando se utilizanpartículas más pequeñas en la misma fracción de volumen. Esto por lo tanto el aumento de laconductividad térmica de nanofluidos.

Namburu et al. [10] numéricamente analizado flujo turbulento y la transferencia de calor a trestipos de nanofluidos a saber, óxido de cobre (CuO), alúmina (Al2O3) y dióxido de silicio (SiO2)en etilenglicol y agua, que fluye a través de un tubo circular bajo flujo de calor constante. Los

resultados revelaron que nanofluidos contienen menor diámetro de las nanopartículasproducen mayor viscosidad y el número de Nusselt. Números de Nusselt también se


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incrementan en la fracción de volumen más alto de partículas. Se observa que en un flujo decalor constante (50 W / cm2) con un número constante Reynolds (20000), coeficiente detransferencia de calor del 6% CuO nanofluid ha aumentado 1,35 veces que la del fluido debase. Al mismo fracción de volumen de partículas, CuO nanofluid produce mayor coeficientede transferencia de calor en comparación con la de otros tipos de nanofluidos.

Ding et al. [11] encontró que el coeficiente de transferencia de calor por convección denanofluidos tiene la mayor magnitud en la longitud de un tubo de entrada. Se comienza adisminuir con la distancia axial y, finalmente, cumplir en un valor constante en la regióncompletamente desarrollado. A una concentración de flujo y partícula dada, las nanopartículasde carbono acuosas ofrecen mayor mejora. Zeinali et al. [12] experimental investigó latransferencia de calor por convección al agua de alúmina (Al2O3 / agua) nanofluidos en flujolaminar dentro de un tubo circular con una temperatura de pared constante bajo diferentesconcentraciones de nanopartículas. Obtuvieron el aumento del coeficiente de transferencia decalor del nanofluid con el aumento de la concentración de nanopartículas. También obtuvieronmayor coeficiente de transferencia de calor del nanofluid en comparación con la de fluido debase agua destilada a un número de Peclet constante. Los autores han informado de que losresultados de aumento de transferencia de calor son mucho mayores en la observaciónexperimental que la de resultados predichos. Yu et al. [13] llevaron a cabo experimentos detransferencia de calor de nanofluidos contienen 170 nm partículas de carburo de silicio aconcentración en volumen del 3,7%. Los resultados mostraron que los coeficientes detransferencia de calor de nanofluidos son 50-60% mayor que las de fluidos base a un númeroconstante de Reynolds.

Kim et al. [14] investigó el efecto de nanofluidos en las actuaciones de transferencia de calorpor convección coeficiente de un tubo recto circular con flujo laminar y turbulento, con el flujo

de calor constante. Los autores han encontrado que el coeficiente de transferencia de calorpor convección de nanofluidos de alúmina mejorado en comparación con fluido de base por15% y 20% en flujo laminar y turbulento, respectivamente. Esto demostró que la capa límitetérmica desempeñado un papel dominante en el flujo laminar, mientras que la conductividadtérmica desempeñó un papel dominante en el flujo turbulento. Sin embargo, ninguna mejoraen el coeficiente de transferencia de calor por convección se notó por nanofluidos partículasamorfas.

III. Banco de pruebas experimentales y procedimiento

3.1) banco de pruebas experimental

La siguiente figura 1 muestra el diagrama esquemático del montaje experimental que consisteen circuito cerrado circuito. El banco de pruebas experimental incluye depósito y el elementocalefactor, bomba de accionamiento magnético, Rotámetro, ventilador del radiador (motor decorriente continua de control de velocidad) y el radiador del automóvil. Bomba deaccionamiento magnético da los flujos 16-18 LPM; la velocidad de flujo de la sección de pruebaestá regulada por dos válvula de globo que es apropiado ajustable a la línea de recirculacióncomo se muestra en la figura 1. El fluido de trabajo llena 30% del tanque de almacenamiento,cuyo volumen total es 35 lit. El volumen total del líquido circulante es constante en todos losexperimentos. El circuito incluye 0.30m de diámetro tubería que está hecha de la tubería deacero. Un rotámetro se utiliza para medir el flujo a través de la sección de prueba. La

especificación del rotámetro es 1-1000 LPH y la medición de 1/2 "BSP (M).


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Para calentar el fluido de trabajo un calentador eléctrico de la capacidad de 2000 vatios y elcontrolador se utilizaron para mantener la temperatura de 50-80oC. Dos termopares tipo K sellevaron a cabo en la línea de flujo para registrar la entrada del radiador y la temperatura desalida. Dos termopares K tipos se instala en el radiador para medir la temperatura de la pareddel radiador.

3.2) Supuestos para las condiciones de ensayo

Los resultados obtenidos se basan en los siguientes supuestos:

A) La velocidad y la temperatura a la entrada del núcleo del radiador en ambos lados de aire yrefrigerante son uniformes. B) No hay cambios de fase (condensación o punto de ebullición) entodas las corrientes de fluido. C) Tasa de flujo de fluido se distribuye uniformemente a travésdel núcleo en cada pasada en cada lado del fluido. Sin estratificación, fluya sin pasar, o fugasde flujo se producen en cualquier corriente. D) La condición de flujo se caracteriza por lavelocidad mayor en cualquier sección transversal. E) La temperatura de cada líquido esuniforme sobre toda la sección transversal de flujo, de modo que una sola temperatura de lamasa se aplica a cada flujo en una sección transversal dada. Área de transferencia de calor sedistribuye uniformemente en cada lado Tanto la dimensión interior y la dimensión exterior deltubo se suponen constantes. F) La conductividad térmica del material del tubo es constante en

la dirección axial. No existe ninguna fuente interna para la generación de energía térmica. G)No ninguna pérdida o ganancia de calor externo al radiador y no la conducción de calor axialen el radiador. H) La temperatura ambiente es 25deg C

3.3 Procedimiento de prueba El análisis de la especificación del radiador y la condición de losfluidos que se muestran en la Tabla 1 y 2 .How nunca nano fracción de volumen de partículasde aire número de Reynolds y la tasa de flujo másico del refrigerante que fluye a pesar de queel radiador se variaron con el fin de determinar el rendimiento térmico de la radiadorutilizando nanofluidos. El procedimiento de cada análisis se explican a continuación.

a) Influencia de la fracción de volumen de Al2O3 nanopartículas sobre el rendimiento térmico

de un radiador de automóvil. En el estudio se mantuvieron aire Reynolds tasa número y lamasa de flujo del refrigerante fijado en 84391 y 0,05 kg / s. Sin embargo, la concentración de


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nanopartículas de Al2O3 se aumentó de 0 a 1%. La transferencia de calor total, coeficienteglobal de transferencia de calor y la eficacia del radiador se determinaron.

b) Influencia de la velocidad de flujo másico del refrigerante en el rendimiento térmico deradiador de automóvil. Tasa de flujo másico del refrigerante se variaron de 0,03 a 0,08 kg / s,

mientras que el número de Reynolds del aire se mantuvo fijo 84391. El análisis también incluyóuna comparación del rendimiento térmico del radiador de automóvil con nanofluid connanofluidos en diferente concentración en volumen. Esta parte del análisis se centró en latransferencia total de calor, coeficiente global de transferencia de calor y la eficacia o unradiador de automóvil.

IV. Formulación matemática de mezcla de Al203 a base de agua + etilenglicol

Nanofluidos en un radiador de automóvil

Correlación matemática se muestra en esta sección se ha tomado de las referencias [15, 16 y17]. En este trabajo se hace una comparación entre el rendimiento de transferencia de calordel radiador al operar con una mezcla de etilenglicol + agua y refrigerantes nanofluid. Puso derelieve no sólo la influencia de nanofluidos sino también la fracción de volumen denanopartículas de Al2O3 a la velocidad de transferencia de calor de un radiador. Ecuaciones

descritas están siendo incorporados para ayudar a la comparación.Las características de las nanopartículas y fluido de base utilizados en este estudio se resumenen la Tabla 2. Las propiedades físicas térmicas necesarias en este trabajo son la densidad,viscosidad, calor específico y conductividad térmica. En este trabajo, la densidad (ρnf) ycapacidad calorífica especial (Cpnf) de Al2O3 nanofluid / agua se han estimado a partir de unocorrelaciones empíricas propuestas por Pak [18] y Xuan [19] de la siguiente manera:


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Modelado de transferencia de 4.1 Calor

La tasa de calor transferido entre refrigerante nanofluid y flujo de aire en el radiador se puedeescribir como sigue:

Donde nf y ai denotan los parámetros relevantes de refrigerante y flujo de aire nanofluid

Las velocidades de flujo de masa se calculan en función de la bomba de mezcla de agua y glicolde etileno (concentración en volumen 50%) + nanofluid y la velocidad y área frontal para elaire de la siguiente manera:

La eficacia del radiador es la siguiente

La transferencia total de calor en el radiador es la siguiente

En general, el coeficiente de transferencia de calor basado en el lado del aire puede serexpresa a continuación

Coeficiente de transferencia de calor de aire se puede expresar de la siguiente

Modelado gota 4,2 Presión

La caída de presión está dada por


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V. Resultados y discusión

5.1. Influencia de la fracción de volumen de Al2O3 partículas a rendimiento térmico de unradiador de automóvil

En el presente el rendimiento térmico de papel del radiador del automóvil al aire constantenúmero de Reynolds (84.391) y la tasa de flujo de masa constante (0,05 Kg / s) se han llevado acabo. Con el aumento en la fracción de volumen de partículas de Al2O3 viscosidad dinámica denanofluid se ha incrementado. Viscosidad dinámica en este estudio se calculó utilizando la

correlación desarrollada por Tsai [15] y chein [15] como se muestra en la ecuación 4. Estainfluencia de masas Caudal parámetro del nanofluid en el radiador del automóvil. La relaciónse muestra en la fig 2, donde coeficiente global de transferencia de calor basa en el aumentolado del aire en la concentración en volumen de las partículas de Al2O3 en el líquido base. Uncoeficiente global de transferencia de calor 482 W / m2K puede lograrse para el 1% de Al2O3 +mezcla de EG / agua (concentración en volumen del 50%) en comparación nanofluid 304 W /m2K para fluido a base.

Figura 2 Efecto de Al2O3 partículas que el coeficiente global de transferencia de calor basadoen lado aire en número constante Reynolds aire y caudal másico constante.

Demostró que aumentó el coeficiente global de transferencia de calor basado en el lado delaire hasta en un 40% desde arriba cifra en número constante de aire Reynolds (84.391) y latasa de flujo de masa constante (0,05 kg / s) Este estudio también encontró que la tasa detransferencia de calor se incrementa exponencialmente como la fracción de volumen de

partículas de alúmina se incrementan como se muestra en la Fig. 5. Esta mejora se calculausando la Ec. (11). Se puede deducir que la eficacia del radiador se incrementa con la


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aplicación de nanofluidos. Sin embargo, el porcentaje de eficacia no aumenta sustancialmente,a pesar de la mejora de coeficiente global de transferencia de calor es significativa.

Figura 3 Efecto de las partículas de Al2O3 a la transferencia total de calor al aire constantenúmero de Reynolds y la tasa de flujo de masa constante.

Con la concentración de aumento de volumen de las nanopartículas de Al2O3 en el fluido baseen el aire constante número de Reynolds y la tasa de flujo de masa constante. Aumentó laEficacia del radiador. Se aumentó la eficacia del radiador. Se muestra en la figura 4 a

continuación.

Figure4 Efecto de Al2O3 partículas de Efectividad en el número de Reynolds constante de airey la velocidad de flujo de masa constante


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5.2 Influencia del caudal másico del fluido base en el rendimiento térmico del radiador delautomóvil

En esta sección se presenta el efecto de refrigerante número de Reynolds en el rendimientotérmico de un radiador en un número de Reynolds de aire fijo (84 391). Caudal másico de

refrigerante juega un papel vital en la determinación del rendimiento térmico del radiador.Motor podría ser enfriado demasiado o recalentado si la tasa de flujo de masa de refrigeranteno se controla adecuadamente. La función principal de un radiador es para asegurar que elmotor está operando a temperatura óptima, no sólo por el control del número de Reynolds deaire, sino también la tasa de flujo de masa.

Figura 5 efecto de la tasa de flujo de masa a coeficiente global de transferencia de calorbasado en el lado del aire.

Con el aumento en el caudal másico del refrigerante que fluye a través del radiador delautomóvil, aumenta el coeficiente de transferencia de calor del refrigerante del número deReynolds .overall basado en el lado del aire se incrementa con una tasa de flujo de masa delrefrigerante que fluye a través del radiador, como se muestra en la Fig. 5. La magnitud de estapropiedad para nanofluidos es más alta que la de un basefluid. Por lo tanto, la reducción deárea de transferencia de calor para el mismo valor de coeficiente global de transferencia de

calor se puede lograr mediante el uso de nanofluidos. Mejora de transferencia de calortambién se observó con la tasa de flujo másico del refrigerante.


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Figura 6 efecto de la tasa de flujo másico, para Calentar velocidad de transferencia de radiador.

Por ejemplo, con la adición de 1% de partículas de Al2O3, mejora del 60% de la tasa detransferencia de calor se ha logrado a 84.391 mil y 39.343 número de Reynolds para el aire y elrefrigerante, respectivamente. También se observa que el porcentaje de mejora se disminuyócon la disminución del número de Reynolds del líquido refrigerante. Fig. La figura 6 muestra latasa de transferencia de calor de un radiador usando nanofluid es mayor que el de un radiadorusando mezcla de agua + EG (50% concentración en volumen)

Si aumentamos la concentración en volumen de las partículas de Al2O3 en los fluidos de basecon 1%. Se aumenta la eficacia del radiador .La A continuación figura 7 muestra que, conaumento de la concentración de volumen de partículas de Al2O3 y aire número de Reynolds esla eficacia aumenta gradualmente.

Figura 7 Efecto de la velocidad de flujo de masa a la eficacia


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VI. Conclusiones

1) velocidad de transferencia de calor se incrementa con el aumento en la concentración devolumen de nanopartículas (que van desde 0% a 1%). Mejora la transferencia de calorAlrededor del 40% se logró con la adición de 1% de partículas de Al2O3 en 84,391 el número

de aire Reynolds y tasa de flujo de masa constante (0,05 Kg / s).2) transferencia de calor global basado en el lado del aire aumentó hasta 36% con la adición de1% de partículas de Al2O3 volumen que el fluido de base a aire constante número de Reynoldsy la tasa de flujo de masa constante.

3) Eficacia del radiador aumentó hasta un 40% con la adición de 1 volumen y fracción departículas de Al2O3 que el fluido de base a aire constante número de Reynolds y la tasa deflujo de masa constante.

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