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Jun 01, 2023

Les effets des nanoparticules du mélange CuO/CeO2 sur les performances d'un système de réfrigération à compression de vapeur

Scientific Reports volume 12, Numéro d'article : 8889 (2022) Citer cet article 919 Accès 3 Citations Détails des métriques Cette étude a été construite sur la base de résultats expérimentaux issus d'un simple

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 8889 (2022) Citer cet article

919 Accès

3 citations

Détails des métriques

Cette étude a été construite sur la base de résultats expérimentaux issus d’un système de réfrigération simple utilisant le R134a comme réfrigérant. Sur la base des dimensions réelles du système et des résultats expérimentaux, le logiciel Ansys fluent a été utilisé pour simuler le système afin de préparer le système à introduire théoriquement les nanoparticules. Étant donné que le processus de préparation des nanoparticules est coûteux, cette recherche présente une méthode simple, facile et peu coûteuse pour le processus de préparation à base d'eau distillée, d'ammoniac, de nitrate de cuivre et de nitrate de cérium pour synthétiser sept types de nanoparticules sous forme d'oxyde unique et de nitrate de cérium. mélange de deux oxydes différents. Les résultats de la préparation par diffraction des rayons X et microscopie électronique à balayage ont confirmé que les particules étaient de forme sphérique, avec des diamètres moyens appropriés compris entre 78,95 nm, 79,9 nm, 44,15 nm et 63,3 nm pour l'oxyde de cuivre et l'oxyde de cérium. , le premier mélange et le deuxième mélange respectivement. L'étude théorique a confirmé que l'oxyde de cuivre, l'oxyde de cérium et le mélange constitué des deux amélioraient les performances du système de réfrigération et réduisaient la consommation d'énergie. De plus, l'utilisation des équations numériques disponibles dans la littérature pour calculer les propriétés thermophysiques a montré une amélioration de ces propriétés avec une augmentation de la concentration des nanoparticules lorsqu'elles sont mélangées au R134a.

La plupart des études actuelles se concentrent sur l’amélioration des performances des systèmes de réfrigération et des climatiseurs, car ils font partie des secteurs les plus consommateurs d’énergie. Pour améliorer les propriétés thermiques du fluide de travail, de très petites particules, allant du millimètre au micromètre, sont dispersées à l'intérieur du fluide de base, fabriqué par Maxwell en 1873, mais cette tentative s'est heurtée à de nombreux problèmes, notamment la stabilité, le colmatage et érosion. À la fin du XXe siècle. Choi a présenté le fluide de travail dans un nouveau concept, dans lequel les nanoparticules sont dispersées à l'intérieur du fluide primaire pour améliorer ses propriétés thermiques1,2. Le nanofluide est classé comme suit (i) les mono-nanofluides constitués de nanoparticules similaires, (ii) les nanofluides hybrides constitués de nanoparticules différentes ; et (iii) des nanofluides hybrides constitués de nanoparticules composites1. Pour obtenir les meilleures propriétés de transfert de chaleur entre les fluides et les nanoparticules, les éléments suivants doivent être fournis (i) la dispersibilité des nanoparticules (ii) la stabilité des nanoparticules (iii) la compatibilité chimique des nanoparticules et (iv) la stabilité thermique des nanofluides3. Récemment, le concept de nanofluides a été développé pour inclure les réfrigérants en tant que nanoréfrigérants et les huiles lubrifiantes en tant que nanolubrifiants, le procédé de préparation étant limité à l'utilisation d'un procédé en une étape et d'un procédé en deux étapes. En deux étapes, les nanoparticules sont fabriquées sous forme de poudre, puis placées dans le fluide de base, suivies de plusieurs types de méthodes de dispersion telles que l'agitation par force ultrasonique ou magnétique, l'homogénéisation et le mélange à cisaillement élevé pour disperser les nanoparticules à l'intérieur d'un mélange. . Une méthode en une étape consiste à condenser des poudres nanophases vapeur en un liquide en réduisant la pression, puis en les dissolvant immédiatement dans le liquide4,5.

Dans cette section, les dernières études et résultats seront présentés, notamment l'ajout de nanoparticules aux systèmes de réfrigération, ainsi que l'effet des nanoparticules sur l'amélioration des propriétés thermophysiques du fluide de travail.

Vijayakumar et al.6 ont étudié l'effet des nanolubrifiants sur les performances des réfrigérateurs à base de dioxyde d'aluminium mélangé à de l'huile polyolester, et 60 g de R602a ont été chargés comme réfrigérant. Les résultats ont indiqué que les améliorations de la capacité de refroidissement et du COP étaient respectivement de 6,09 % et 20,09 %, tandis que la réduction de la puissance consommée était de 15,78 %. Choi et al.7 ont étudié l'effet des nanolubrifiants sur les performances des réfrigérateurs, sur la base de 0,1 % en poids de MWCNT dispersés dans l'huile polyolester et du R134a comme réfrigérant. Les résultats ont indiqué que la consommation électrique a été réduite de 17 %. Senthilkumar et al.8 ont étudié l'effet des nanolubrifiants sur les performances des réfrigérateurs à base de nanoparticules hybrides Al2O3 et SiO2 et ont utilisé 60 g de R600a comme réfrigérant. Les résultats ont montré que les améliorations du COP et de la capacité de refroidissement étaient respectivement de 30 et 25 %, tandis que la puissance consommée était réduite de 80 W. Senthilkumar et al.9 ont étudié l'effet des nanolubrifiants sur les performances d'un système de réfrigération à compression de vapeur basé sur sur CuO et SiO2, et 40 et 60 g de R600a ont été utilisés comme réfrigérants. Les résultats ont montré que le COP et la capacité de refroidissement se sont améliorés respectivement de 35 % et 18 %, tandis que la réduction de la puissance consommée était de 75 W. Senthilkumar et al.10 ont étudié l'effet des nanolubrifiants sur les performances du système de réfrigération sur la base de 0, 0,2, 0,4 et 0,6 g/L de SiO2 ajoutés à l'huile polyolester et du R410A ont été chargés comme réfrigérants. Les résultats ont montré que 0,4 g/L de SiO2 permettait d'obtenir la meilleure capacité de refroidissement, de réduire la puissance consommée de 80 W et d'améliorer le COP de 1,7. Senthilkumar et al.11 ont étudié l'effet des nanolubrifiants sur les performances du système de réfrigération sur la base de 0,4 g/L et 0,6 g/L de nanoparticules hybrides ZnO/SiO2, et le R600a a été utilisé comme réfrigérant. Les résultats ont montré que 0,6 g/L de ZnO/SiO2 atteignaient une capacité de refroidissement élevée de 180 W et amélioraient le COP de 1,7, tandis que la consommation d'énergie inférieure était de 78 W. Senthilkumar et al.12 ont étudié l'effet des nanolubrifiants sur les performances de le système de réfrigération basé sur 0,2, 0,4 et 0,6 g/L de nanoparticules hybrides CuO/Al2O3, et 70 g de R600a ont été chargés comme réfrigérant. Les résultats ont indiqué que l'ajout de CuO/Al2O3 a amélioré à la fois le COP et la capacité de refroidissement de 27 % et 20 % respectivement, tandis que la réduction de la puissance consommée était de 24 %. Javadi et al.13 ont étudié l'effet des nanolubrifiants sur les performances des réfrigérateurs à base de 0,1 % en poids d'Al2O3. Les résultats ont montré que 0,1 % en poids d'Al2O3 réduisait la puissance consommée de 2,69 %. Gill et al.14 ont étudié l'effet des nanolubrifiants sur les performances d'un réfrigérateur domestique à base de 0,2, 0,4 et 0,6 g/L de TiO2 mélangé à de l'huile (Capella D) comme alternative au R134a et du gaz de pétrole liquéfié a été chargé comme réfrigérant. . Les résultats ont montré que la capacité de refroidissement et le COP étaient supérieurs à ceux du R134a de 18,74 à 32,72 et de 10,15 à 61,49 %, respectivement. De plus, la puissance consommée était inférieure à celle du R134a d’environ 3,20 à 18,1. Karthick et al.15 ont étudié l'effet des nanolubrifiants sur les performances d'un système de réfrigération à partir des échantillons suivants : échantillon 1 (huile minérale + 0,02 vol % d'Al2O3 + 0,01 vol % de TiO2), échantillon 2 (huile minérale + 0,01 vol % d'Al2O3). + 0,005 vol% TiO2), échantillon 3 (huile minérale + 0,05 vol% Al2O3) et échantillon 4 (huile minérale + 0,02 vol% Al2O3 + 0,02 vol% ZnO). Le R600a a été utilisé comme réfrigérant. Les résultats ont montré que le COP a été amélioré de 14,61 %. Tous les nanolubrifiants ont la capacité d’améliorer le COP et d’économiser de l’énergie. Adelekan et al.16 ont étudié l'effet des nanolubrifiants sur les performances d'un réfrigérateur domestique sur la base de 0,2 g/L, 0,4 g/L et 0,6 g/L de TiO2, et le gaz de pétrole liquéfié a été utilisé comme réfrigérant. Les résultats ont indiqué que les nanolubrifiants ont permis de réduire la consommation d'énergie de 14 %, 9 % et 8 % respectivement. Subhedar et al.17 ont étudié l'effet des nanolubrifiants sur les performances du système de réfrigération sur la base de 0,05% en volume, 0,075% en volume, 0,1% en volume et 0,2% en volume d'Al2O3 ajoutés à l'huile minérale, et le R134a a été utilisé comme réfrigérant. Les résultats ont montré que 0,075 % en volume permettait d'obtenir la meilleure amélioration du COP d'environ 85 % et d'économiser environ 27 % de puissance du compresseur. De plus, 0,075 % en volume s’avère être la meilleure concentration du système de réfrigération. Babarinde et al.18 ont étudié l'effet des nanolubrifiants sur les performances d'un réfrigérateur sur la base de 0,4 et 0,6 g/L de TiO2 ajoutés à de l'huile minérale et du R600a a été chargé comme réfrigérant comme alternative au R134a. Les résultats ont montré que 0,4 g/L de TiO2 atteignait la valeur maximale du COP et la valeur minimale de la consommation électrique. Selimefendigil et Bingölbalı19 ont étudié l'effet des nanolubrifiants sur les performances d'un système de réfrigération à compression de vapeur basé sur 0,5 % en volume, 0,8 % en volume et 1 % en volume de TiO2 ajoutés au polyéthylène glycol, et le R134a a été chargé comme réfrigérant. Les résultats ont montré que 0,5 % en volume, 0,8 % en volume et 1 % en volume ont obtenu des améliorations du COP d'environ 1,43 %, 15,72 % et 21,42 %, respectivement ; 1 % en volume a permis d'économiser 15 % de consommation d'énergie. Sundararaj et Manivannan20 ont étudié l'effet des nanolubrifiants sur les performances d'un système de réfrigération à compression de vapeur basé sur 0,1 vol% Au, 0,2 vol% Au, 0,1 vol% HAuCl4, 0,2 vol% HAuCl4, 0,1 vol% Au et 0,05 vol% CNT, 0,2 % en volume d'Au et 0,02 % en volume de NTC mélangés à de l'huile de polyéthylène glycol, et du R134a a été chargé comme réfrigérant. Les résultats ont montré que 0,2 % en volume d'Au et 0,02 % en volume de CNT permettaient d'obtenir la consommation d'énergie la plus faible par rapport à d'autres compositions, la capacité de refroidissement la plus élevée et la meilleure valeur de COP. Peyyala et al.21 ont étudié l'effet des nanolubrifiants sur les performances d'un système de réfrigération à compression de vapeur basé sur 0,1 % en volume à 0,2 % en volume d'Al2O3 mélangé à de l'huile minérale, et le R410a a été chargé comme réfrigérant. Les résultats ont montré que les valeurs du COP augmentent avec l’augmentation des concentrations de nanoparticules. Babarinde et al.22 ont étudié l'effet des nanolubrifiants sur les performances d'un système de réfrigération à compression de vapeur basé sur 0,2, 0,4 et 0,6 g/L de graphène mélangé à de l'huile minérale, et du R600a a été chargé comme réfrigérant. Les résultats ont montré que les nanolubrifiants présentaient la consommation d'énergie la plus faible et le COP le plus élevé. Adelekan et al.23 ont étudié l'effet des nanolubrifiants sur les performances d'un réfrigérateur domestique à base de 0,1 g/L, 0,3 g/L et 0,5 g/L de TiO2, mélangés à de l'huile minérale, et du R600a a été chargé comme réfrigérant. Les résultats ont indiqué que les nanolubrifiants présentaient des valeurs maximales de COP et de capacité de refroidissement qui étaient respectivement de 4,99 et 290,83 kJ/kg. Ajayi et al.24 ont étudié l'effet des nanolubrifiants sur les performances d'un système de réfrigération à compression de vapeur basé sur 0,5 g/l d'Al2O3 ajouté à de l'huile (Capella D), et 100 g de R134a ont été chargés comme réfrigérant. Les résultats ont indiqué que le nanolubrifiant a permis d'améliorer à la fois la capacité de refroidissement et le COP, tout en économisant la consommation d'énergie. Senthilkumar et Anderson25 ont étudié l'effet des nanolubrifiants sur les performances d'un système de réfrigération à compression de vapeur, sur la base de 0,2 g/L, 0,4 g/L et 0,6 g/L de SiO2, mélangés à de l'huile polyolester, et du R410A a été chargé comme réfrigérant. Les résultats ont montré que 0,4 g/L de SiO2 améliorait à la fois la capacité de refroidissement et le COP et économisait la consommation d'énergie. Senthilkumar et al.26 ont étudié l'effet des nanolubrifiants sur les performances d'un système de réfrigération à compression de vapeur basé sur 0,4 g/L et 0,6 g/L d'Al2O3/SiO2, et 40 et 60 g de R600a ont été utilisés comme réfrigérants. Les résultats ont montré que 0,6 g/L et 60 g de R600a permettaient d'obtenir une capacité de refroidissement maximale, un COP maximal et un travail minimal du compresseur.