A Critical Analysis of Nanofluid Usage in Shell and Tube Heat Transfer Systems

Abstract

Технологія нанофлюїдів поєднує в собі нанонауку, нанотехнологію та теплову науку, підвищуючи теплообмінну здатність базових рідин, таких як вода чи нафта. Дослідники доклали зусиль для перетворення цих базових рідин шляхом додавання до них наноматеріалів, що призвело до покращення теплофізичних властивостей теплоносія. Дослідження показують, що нанофлюїди з різними наноматеріалами, суспендованими в них, демонструють різні теплофізичні властивості, такі як щільність, в’язкість, коефіцієнт дифузії та теплопровідність, на відміну від звичайних рідин. За однакових граничних умов нанофлюїди здатні передавати більше тепла в різних типах теплообмінників. Однак з цим пов’язано кілька недоліків, таких як накопичення, довгострокова стабільність, осадження та більш висока вартість. У цьому документі узагальнено різні аспекти застосування нанофлюїдів у кожухотрубних теплообмінниках. Метою статті є не тільки вивчити попередні дослідження, пов’язані з цим, але й обговорити останні розробки в процесі теплопередачі з використанням нанофлюїдів у кожухотрубних теплообмінниках. Проблеми залишаються в оптимізації розміру наночастинок, концентрації та методів синтезу. Подальші дослідження мають усунути ці прогалини, щоб нанофлюїди можна було використовувати як теплоносії в кожухотрубних теплообмінниках.

Nanofluid technology combines nanoscience, nanotechnology, and thermal science enhancing the heat transfer capacity of base fluids like water or oil. Researchers have put their effort into transforming these base fluids by adding nanomaterials to them, resulting in improved thermophysical properties of the coolant. Studies reveal that nanofluids with different nanomaterials suspended in them exhibit different thermophysical properties like density, viscosity, diffusivity, and thermal conductivity, unlike conventional fluids. Under the same boundary condition, nanofluids are capable of transferring more heat in different types of heat exchangers. However, several disadvantages like accumulation, long-term stability, sedimentation, and higher costs are associated with it. This paper summarizes the various aspects of the application of nanofluids in shell and tube heat exchangers. The purpose of the paper is not only to examine previous studies related to this but also to discuss the recent developments in the heat transfer process using nanofluids in shell and tube heat exchangers. Challenges remain in optimizing nanoparticle size, concentration, and synthesis techniques. Further research should address these gaps so that nanofluids can be implemented as coolants in shell and tube heat exchangers.