CuO/CeO2 혼합 나노입자가 증기 압축 냉동 시스템 성능에 미치는 영향

Oct 16, 2023

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 8889(2022) 이 기사 인용

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본 연구는 R134a를 냉매로 사용하는 단순 냉동 시스템의 실험 결과를 바탕으로 구축되었습니다. 시스템의 실제 치수와 실험 결과를 기반으로 Ansys fluent 소프트웨어를 사용하여 시스템을 시뮬레이션하여 이론적으로 나노입자를 도입하는 시스템을 준비했습니다. 나노입자 제조 공정은 비용이 많이 들기 때문에, 본 연구에서는 증류수, 암모니아, 질산구리, 질산세륨을 기반으로 7종의 나노입자를 단일 산화물 및 단일 산화물로 합성하는 제조 공정이 간단하고 쉽고 저렴한 방법을 제시한다. 두 가지 다른 산화물의 혼합물 X-선 회절 및 주사 전자 현미경을 사용하여 제조한 결과 입자가 구형이고 산화 구리, 산화 세륨에 대해 78.95 nm, 79.9 nm, 44.15 nm 및 63.3 nm 범위의 적절한 평균 직경을 갖는 것으로 확인되었습니다. , 첫 번째 혼합물 및 두 번째 혼합물 각각. 이론적 연구를 통해 산화구리, 산화세륨 및 이들로 구성된 혼합물이 냉동 시스템의 성능을 향상시키고 에너지 소비를 감소시키는 것으로 확인되었습니다. 또한 열물리적 특성을 계산하기 위해 문헌에서 이용 가능한 수치 방정식을 사용하면 R134a와 혼합할 때 나노입자 농도가 증가함에 따라 이러한 특성이 향상되는 것으로 나타났습니다.

현재 연구의 대부분은 에너지를 가장 많이 소비하는 분야 중 하나인 냉동 시스템과 에어컨의 성능 향상에 중점을 두고 있습니다. 작동유체의 열적특성을 향상시키기 위해 1873년 Maxwell이 만든 밀리미터에서 마이크로미터 크기의 매우 작은 입자를 기유유체 내부에 분산시키는 방법을 사용하였지만 이러한 시도는 안정성, 막힘, 부식. 20세기 후반. 최씨는 나노입자가 1차 유체 내부에 분산되어 열적 특성을 향상시키는 새로운 개념의 작동 유체를 제시했습니다1,2. 나노유체는 다음과 같이 분류됩니다. (i) 유사한 나노입자로 구성된 단일 나노유체, (ii) 서로 다른 나노입자로 구성된 하이브리드 나노유체; (iii) 복합 나노입자1로 구성된 하이브리드 나노유체. 유체와 나노입자 사이의 최상의 열 전달 특성을 달성하려면 (i) 나노입자의 분산성 (ii) 나노입자의 안정성 (iii) 나노입자의 화학적 호환성 및 (iv) 나노유체의 열 안정성3이 제공되어야 합니다. 최근 나노유체의 개념은 냉매를 나노냉매로, 윤활유를 나노윤활제로 포함하는 개념으로 발전하고 있는데, 그 제조방법은 1단계법과 2단계법으로 제한되어 있다. 2단계에서는 나노입자를 분말로 제조한 후 베이스 유체에 투입한 후 초음파나 자기력에 의한 교반, 균질화, 고전단 혼합 등 여러 가지 분산 방법을 거쳐 혼합물 내부에 나노입자를 분산시키는 과정을 거친다. . 1단계 방법은 압력을 낮추어 증기 나노상 분말을 액체로 응축한 다음 즉시 액체 내부에 용해시키는 것을 기반으로 합니다4,5.

이 섹션에서는 냉동 시스템에 나노입자를 추가하는 것과 작동 유체의 열물리적 특성을 향상시키는 나노입자의 효과를 포함하는 최신 연구 및 결과가 제시됩니다.

Vijayakumar 등6은 폴리에스테르 오일과 혼합된 이산화알루미늄을 기반으로 한 냉장고 성능에 대한 나노윤활제의 영향을 연구했으며, 냉매로 R602a 60g을 충전했습니다. 그 결과, 냉각 용량과 COP가 각각 6.09%, 20.09% 향상되었으며, 소비 전력은 15.78% 감소한 것으로 나타났습니다. Choi 등7은 0.1wt% MWCNT를 폴리에스테르 오일에 분산시키고 냉매로 R134a를 사용하여 나노윤활제가 냉장고 성능에 미치는 영향을 연구했습니다. 그 결과, 전력 소비가 17% 감소한 것으로 나타났습니다. Senthilkumar 등8은 Al2O3 및 SiO2 하이브리드 나노입자를 기반으로 한 냉장고 성능에 대한 나노윤활제의 영향을 연구했으며 60g R600a를 냉매로 사용했습니다. 결과는 COP와 냉각 용량이 각각 30%와 25% 향상되었으며 소비 전력은 80W 감소한 것으로 나타났습니다. Senthilkumar 등9은 증기 압축 냉동 시스템 기반의 성능에 대한 나노윤활제의 효과를 연구했습니다. CuO 및 SiO2에 대해 R600a 40 및 60g을 냉매로 사용했습니다. 결과는 COP와 냉각 용량이 각각 35%와 18% 향상되었으며 소비 전력 감소는 75W인 것으로 나타났습니다. Senthilkumar et al.10은 0을 기준으로 냉동 시스템 성능에 나노윤활제가 미치는 영향을 연구했습니다. 0.2, 0.4 및 0.6 g/L SiO2를 폴리에스테르 오일에 첨가하고 R410A를 냉매로 충전했습니다. 그 결과, 0.4g/L SiO2가 최고의 냉각 성능을 달성하고 소비 전력을 80W 줄였으며 COP를 1.7 향상시키는 것으로 나타났습니다. Senthilkumar 등11은 0.4 g/L 및 0.6 g/L ZnO/SiO2 하이브리드 나노입자를 기반으로 냉동 시스템의 성능에 대한 나노윤활제의 영향을 연구했으며 R600a를 냉매로 사용했습니다. 결과는 0.6g/L ZnO/SiO2가 180W의 높은 냉각 용량을 달성하고 COP를 1.7만큼 향상시켰으며 소비 전력은 78W로 더 낮은 것으로 나타났습니다. Senthilkumar 등12은 나노윤활제가 성능에 미치는 영향을 연구했습니다. CuO/Al2O3 하이브리드 나노입자 0.2, 0.4, 0.6g/L를 기반으로 한 냉동 시스템과 냉매로 R600a 70g을 충전했습니다. 결과에 따르면 CuO/Al2O3를 첨가하면 COP와 냉각 용량이 각각 27%, 20% 향상되었으며 소비 전력은 24% 감소한 것으로 나타났습니다. Javadi et al.13은 0.1wt% Al2O3를 기반으로 한 냉장고의 성능에 대한 나노윤활제의 효과를 연구했습니다. 그 결과, 0.1wt% Al2O3가 소비전력을 2.69% 감소시키는 것으로 나타났습니다. Gill 등14은 R134a 대신에 (Capella D) 오일과 혼합된 0.2, 0.4, 0.6 g/L TiO2를 기반으로 하고 냉매로 액화석유가스를 충전한 가정용 냉장고의 성능에 대한 나노윤활제의 영향을 연구했습니다. . 그 결과, 냉각 용량과 COP는 R134a보다 각각 18.74~32.72%, 10.15~61.49% 더 높은 것으로 나타났습니다. 또한 소비되는 전력은 R134a보다 약 3.20~18.1만큼 낮았습니다. Karthick 등15은 다음 샘플을 기반으로 냉동 시스템 성능에 대한 나노윤활제의 영향을 연구했습니다: 샘플 1(미네랄 오일 + 0.02 vol% Al2O3 + 0.01 vol% TiO2), 샘플 2(미네랄 오일 + 0.01 vol% Al2O3) + 0.005 vol% TiO2), 시료 3(광유 + 0.05 vol% Al2O3), 시료 4(광유 + 0.02 vol% Al2O3 + 0.02 vol% ZnO). 냉매로는 R600a를 사용하였다. 그 결과 COP가 14.61% 향상되는 것으로 나타났다. 모든 나노윤활제는 COP를 개선하고 전력 소비를 절감하는 능력을 갖고 있습니다. Adelekan et al.16은 0.2 g/L, 0.4 g/L, 0.6 g/L TiO2를 기준으로 나노윤활제가 가정용 냉장고의 성능에 미치는 영향을 연구하였으며, 냉매로는 액화석유가스를 사용하였다. 결과는 나노윤활제가 전력 소비를 각각 14%, 9%, 8% 감소시키는 것으로 나타났습니다. Subhedar et al.17은 미네랄 오일에 Al2O3를 0.05 vol%, 0.075 vol%, 0.1 vol%, 0.2 vol% 첨가하여 냉매로 R134a를 사용하여 나노윤활제가 냉동 시스템의 성능에 미치는 영향을 연구하였다. 그 결과, 0.075 vol%가 약 85%의 COP 개선을 달성했으며, 약 27%의 압축기 전력을 절감한 것으로 나타났습니다. 또한 0.075vol%가 냉동시스템의 최고 농도로 보고되었다. Babarinde 등18은 미네랄 오일에 0.4 및 0.6 g/L TiO2를 첨가하고 R134a 대신 냉매로 R600a를 충전한 냉장고 성능에 대한 나노윤활제의 영향을 연구했습니다. 결과는 0.4g/L TiO2가 COP의 최대값과 소비전력의 최소값을 달성한 것으로 나타났습니다. Selimefendigil과 Bingölbalı19는 폴리에틸렌 글리콜에 첨가된 0.5 vol%, 0.8 vol% 및 1 vol% TiO2를 기반으로 한 증기 압축 냉동 시스템의 성능에 대한 나노윤활제의 영향을 연구했으며 R134a를 냉매로 충전했습니다. 결과는 0.5vol%, 0.8vol%, 1vol%가 각각 약 1.43%, 15.72%, 21.42%의 COP 개선을 달성한 것으로 나타났습니다. 1vol%로 에너지 소비를 15% 절감합니다. Sundararaj와 Manivannan20은 0.1 vol% Au, 0.2 vol% Au, 0.1 vol% HAuCl4, 0.2 vol% HAuCl4, 0.1 vol% Au 및 0.05 vol% CNT, 0.2 기반 증기 압축 냉동 시스템의 성능에 대한 나노윤활제의 영향을 연구했습니다. 폴리에틸렌글리콜 오일에 Au vol%, CNT 0.02vol%를 혼합하고, R134a를 냉매로 충전하였다. 그 결과, Au 0.2vol%와 CNT 0.02vol%가 다른 조성에 비해 가장 낮은 소비전력과 가장 높은 냉각능력, 그리고 최고의 COP 값을 달성한 것으로 나타났다. Peyyala et al.21은 미네랄 오일과 혼합된 0.1 vol% ~ 0.2 vol% Al2O3를 기반으로 한 증기 압축 냉동 시스템의 성능에 대한 나노윤활제의 영향을 연구했으며 R410a를 냉매로 충전했습니다. 결과는 나노입자 농도가 증가함에 따라 COP 값이 증가한다는 것을 보여주었습니다. Babarinde 등22은 미네랄 오일과 혼합된 0.2, 0.4 및 0.6 g/L 그래핀을 기반으로 하는 증기 압축 냉동 시스템의 성능에 대한 나노윤활제의 영향을 연구했으며 R600a를 냉매로 충전했습니다. 결과는 나노윤활제가 가장 낮은 전력 소비와 가장 높은 COP를 나타냄을 보여주었습니다. Adelekan et al.23은 0.1 g/L, 0.3 g/L, 0.5 g/L TiO2에 미네랄 오일을 혼합하고 R600a를 냉매로 충전한 가정용 냉장고 성능에 대한 나노윤활제의 영향을 연구한 결과 나노윤활제는 각각 4.99 및 290.83 kJ/kg인 COP 및 냉각 용량의 최대값을 나타냈습니다. Ajayi 등24은 (Capella D) 오일에 0.5g/l Al2O3를 첨가하고 냉매로 100g R134a를 충전한 증기 압축 냉동 시스템의 성능에 대한 나노윤활제의 영향을 연구했습니다. 결과는 나노윤활제가 냉각 용량과 COP 모두에서 개선을 달성하고 에너지 소비를 절감했음을 나타냅니다. Senthilkumar와 Anderson25은 폴리에스테르 오일과 혼합된 0.2g/L, 0.4g/L 및 0.6g/L SiO2를 기반으로 증기 압축 냉동 시스템의 성능에 대한 나노윤활제의 영향을 연구했으며 R410A는 냉매로 충전되었습니다. 결과는 0.4g/L SiO2가 냉각 용량과 COP를 모두 개선하고 에너지 소비를 절감한 것으로 나타났습니다. Senthilkumar et al.26은 0.4g/L 및 0.6g/L Al2O3/SiO2를 기반으로 한 증기 압축 냉동 시스템의 성능에 대한 나노윤활제의 영향을 연구했으며 40 및 60g의 R600a가 냉매로 사용되었습니다. 그 결과 0.6g/L와 60g의 R600a가 최대 냉각 용량, 최대 COP, 최소 압축기 작업을 달성한 것으로 나타났습니다.