Utafiti huu unachunguza kwa majaribio jinsi joto lililohifadhiwa katika mifumo thabiti ya hifadhi ya joto hisivu yenye joto la juu linavyoweza kutolewa kwa ufanisi kwa kutumia kaboni dioksidi (CO₂) iliyo chini ya hali muhimu. Kwa kusudi hili, watafiti waliunda mfumo wa majaribio wa mzunguko uliofungwa unaojumuisha chombo cha hifadhi ya joto cha chuma cha kutupwa kinachopashwa joto kwa umeme, laini ya mzunguko wa CO₂, pampu yenye masafa yanayobadilika, kivukizaji kilichoshiba, kipima mtiririko, pamoja na vihisi vya joto na shinikizo. Majaribio yalifanywa katika shinikizo la 0,2 MPa na katika namba za Reynolds zilizo juu.

Katika mfumo wa majaribio, CO₂ inapopita kwenye mifereji ya duara ndani ya bloku ya hifadhi ya chuma cha kutupwa, hupokea joto kutoka kwenye mazingira thabiti na joto lake huongezeka kuelekea upande wa mtiririko. CO₂ iliyopata joto hufika baadaye kwenye kivukizaji kilichoshiba na kuhamisha nishati iliyoibeba kwenda kwenye maji ya kulisha. CO₂ hubaki katika hali ya gesi ya awamu moja katika mzunguko wote; mabadiliko ya awamu hutokea tu upande wa maji wa kivukizaji. Kwa hiyo utafiti unatathmini kwa namna iliyotengwa uhamishaji wa joto wa konveksia ya kulazimishwa kati ya CO₂ na uso wa chuma cha kutupwa.

Katika majaribio, namba ya Reynolds ilipoongezeka kutoka takribani 7,5×10⁴ hadi 1,35×10⁵, namba ya Nusselt ya majaribio iliongezeka kutoka takribani 74 hadi 97. Matokeo haya yanaonyesha kwamba ndani ya eneo la kazi lililochunguzwa, nguvu ya mtiririko na msukosuko vinapoongezeka, uhamishaji wa joto kwa konveksia kati ya CO₂ na uso moto wa chuma cha kutupwa huimarika.

Watafiti walilinganisha data zilizopimwa na makorilesheni ya Dittus–Boelter, Gnielinski, Colburn na Zhou; walionyesha kuwa mahusiano haya ya kawaida hayawakilishi kwa usahihi wa kutosha thamani za Nusselt za majaribio kwa mfumo wa chuma cha kutupwa chenye joto la juu na CO₂ iliyo chini ya hali muhimu. Baada ya hapo, makorilesheni manne mapya ya kimaempiria yalitolewa kutoka kwenye data za majaribio, na kwa matumizi ya kihandisi likapendekezwa uhusiano wa \(Nu=0.202Re^{0.465}Pr^{-2.19}\).

Kwa korilesheni iliyopendekezwa, mgawo wa uamzi uliripotiwa kuwa R²=0,988, kosa la wastani kabisa la asilimia (MAPE) %0,715, na mkengeuko wa juu zaidi wa kiasi %2,404. Watafiti wanapendekeza uhusiano huu utumike tu katika masharti yaliyofunikwa na jaribio: 70.000≤Re≤140.000, 9≤u≤15 m/s, 450–550 °C na 0,2 MPa. Kwa hivyo, matokeo hayapaswi kujumlishwa moja kwa moja kwa shinikizo tofauti au kwa masharti ya CO₂ ya juu ya hali muhimu.

Kwa mtazamo wa Uturuki, kazi hii ina umuhimu wa kimbinu kwa matumizi ya kihandisi yanayoshughulikia joto la jua, ubadilishaji wa umeme kuwa joto, joto taka la viwandani au umeme wa ziada kutoka kwenye vyanzo jadidifu katika mifumo ya hifadhi ya joto hisivu yenye joto la juu. Hata hivyo, utafiti hauchunguzi kituo cha hifadhi ya nishati kilichojengwa Uturuki, gharama ya nishati ya ndani, au data za uendeshaji za kituo halisi cha umeme cha Uturuki. Utekelezekaji wa njia ya chuma cha kutupwa–CO₂ kwa kituo chochote nchini Uturuki unapaswa kuthibitishwa kando kwa kuzingatia joto la mfumo, uwezo wa hifadhi, miundombinu ya CO₂ yenye shinikizo, gharama ya nyenzo, hitaji la kusukuma, usalama na ufanisi wa mzunguko mzima.

Swali kuu la utafiti ni lipi?

Swali kuu la kazi hii ni jinsi uhamishaji wa joto kwa konveksia unavyobadilika wakati joto linapotolewa kutoka kwenye mazingira thabiti ya hifadhi ya chuma cha kutupwa kilichopashwa hadi joto la juu kwa mtiririko wa CO₂ iliyo chini ya hali muhimu, na iwapo tabia hii inaweza kuonyeshwa kwa korilesheni ya Nusselt inayotegemewa kwa matumizi katika usanifu wa kihandisi.

Katika mifumo thabiti ya hifadhi ya joto hisivu, kufanywa kwa nishati iliyohifadhiwa kuwa inayoweza kutumika hakutegemei tu uwezo wa jumla wa joto wa nyenzo ya hifadhi. Kasi ambayo joto linaweza kuhamishwa kwenda kwenye kimiminika au gesi inayotiririka huathiri pia muda wa utoaji na, kwa hiyo, kiasi cha nyenzo ya hifadhi kinachohitajika. Kwa sababu hii, watafiti wanaona utabiri sahihi wa mgawo wa konveksia ya kulazimishwa kati ya CO₂ na chuma cha kutupwa kuwa muhimu kwa upimaji wa ukubwa wa mfumo.

Kwa nini chuma cha kutupwa kilitumika kama mazingira ya hifadhi ya joto?

Katika kazi hii, chuma cha kutupwa kilichaguliwa kama nyenzo thabiti ya kuhifadhi joto hisivu. Watafiti wanahalalisha uchaguzi huu kwa uwezo mkubwa wa nyenzo hiyo kupitisha joto, uimara wake wa kimitambo na uthabiti wake wa kimuundo katika joto la juu.

Ikilinganishwa na mazingira ya kawaida ya hifadhi thabiti kama mawe au zege, mazingira ya metali yenye upitishaji mkubwa wa joto yanaweza kuruhusu nishati iliyohifadhiwa kutolewa haraka zaidi. Hata hivyo, kazi hii haikujaribu moja kwa moja kama chuma cha kutupwa ni bora kiuchumi kuliko nyenzo nyingine za hifadhi; mada kuu ya jaribio la kulinganisha si gharama ya nyenzo, bali uhamishaji wa joto katika mifereji ya CO₂ iliyoko ndani ya chuma cha kutupwa.

Mfumo wa majaribio hufanya kazi vipi?

Mpangilio wa majaribio uliundwa kama mzunguko uliofungwa. Kwanza, kipasha joto cha umeme huleta mazingira ya hifadhi ya chuma cha kutupwa kwenye joto la juu. Kisha pampu yenye masafa yanayobadilika hupitisha CO₂ kupitia mifereji ya ndani ya mazingira ya hifadhi. Baada ya CO₂ kupokea joto kutoka kwenye chuma cha kutupwa kilicho moto, huelekezwa kwenye kivukizaji kilichoshiba na kuhamisha joto ililobeba kwenda kwenye maji ya kulisha.

Katika mfumo huu, laini ya CO₂ ina kipima mtiririko, vitransmita vya shinikizo na vitransmita vya joto kwa ajili ya upimaji na ukusanyaji wa data. Katika mchoro wa mpangilio wa majaribio, mizunguko ya CO₂, maji na mvuke unaotokea imeonyeshwa kama laini tofauti; vipengele vya kupima vimeunganishwa na mfumo wa ukusanyaji wa data na kompyuta.

Tofauti muhimu ya kifizikia ni kwamba CO₂ hubaki katika hali ya gesi ya awamu moja katika mzunguko wote. Mabadiliko ya awamu ndani ya kivukizaji yako upande wa maji. Kwa hiyo tukio linalopimwa na utafiti si kuchemka au kuganda kwa CO₂, bali ni uhamishaji wa joto kwa konveksia ya kulazimishwa kutoka kwenye uso thabiti ulio moto kwenda kwenye CO₂ iliyo katika awamu ya gesi.

Jiometri ya kitengo cha hifadhi cha chuma cha kutupwa ikoje?

Mazingira ya hifadhi ya joto yanaundwa na bloku kubwa ya chuma cha kutupwa yenye mifereji ya mtiririko ya duara ndani yake. Mifereji imepangwa kwa mpangilio wa kupishana na kusambazwa kwa utaratibu katika bloku yote. Mfereji mwingine wa ndani hutumiwa kwa ajili ya kuweka kipasha joto cha umeme.

Picha za mpangilio halisi wa majaribio katika kazi ya chanzo zinaonyesha mabomba mengi ya metali yenye kipenyo kikubwa yakipita ndani ya bloku ya chuma cha kutupwa. Upande wa nje wa kitengo cha hifadhi pia unaonekana kuwa na uhamishaji joto na miunganisho ya kipasha joto.

Vitengo kadhaa vya hifadhi vimeunganishwa kwa mfululizo ili kuunda urefu wa jumla wa uhamishaji joto unaohitajika. Katika utafiti, vitengo 32 vinavyofanana vina urefu wa jumla wa mfereji wenye ufanisi wa 26,24 m. Kwa kuwa mifereji ilichukuliwa kuwa sawa kijiometri, mfereji mmoja ulitumika kama sehemu ya majaribio ya uwakilishi katika hesabu ya kina ya uhamishaji joto.

Sifa za CO₂ zilibainishwa vipi?

Sifa za kitermofizikia za CO₂ kama msongamano, mnato wa dinamiki na kinematiki, uwezo maalumu wa joto katika shinikizo lisilobadilika, na upitishaji joto zilichukuliwa kutoka kwenye data za NIST Chemistry WebBook SRD 69. Sifa husika zilitathminiwa katika hesabu kulingana na joto la kuingia, joto la kutoka, au joto la wastani wa kihesabu.

Sehemu ya majaribio ilielezwa kuwa imewekewa uhamishaji joto mzuri, na upotevu wa joto katika mazingira tuli ya hifadhi na mabomba ya kuunganisha ulichukuliwa kuwa mdogo kiasi cha kupuuzwa ikilinganishwa na nishati inayopokelewa na CO₂. Kwa hiyo, katika upunguzaji wa data, sehemu ya majaribio ilichukuliwa kuwa karibu adiabatic.

Joto linalopokelewa na CO₂ lilihesabiwaje?

Katika hali thabiti, kiwango cha joto kinachopokelewa na CO₂ kilihesabiwa kwa kuonyesha mbinu ya enthalpy ya kuingia na kutoka katika namna ya uwezo maalumu wa joto–joto, pamoja na mtiririko wa massa:

\[ Q_c=q_m\left(c_{out}T_{out}-c_{in}T_{in}\right) \]

Hapa \(Q_c\) inawakilisha kiwango cha CO₂ kupokea joto, \(q_m\) mtiririko wa massa, \(c_{in}\) na \(c_{out}\) uwezo maalumu wa joto katika joto husika, na \(T_{in}\) na \(T_{out}\) joto la kuingia na kutoka la CO₂.

Mgawo wa uhamishaji wa joto kwa konveksia uliamuliwa kupitia mizania ya jumla ya nishati:

\[ Q_c=h_fA\Delta t \]

Baadaye, namba ya Nusselt ya majaribio ilihesabiwa kama:

\[ Nu_{exp}=\frac{h_fd_1}{\lambda} \]

Hapa \(h_f\) ni mgawo wa uhamishaji joto kwa konveksia, \(d_1\) ni kipenyo cha mfereji, na \(\lambda\) ni upitishaji joto wa CO₂.

Namba za Reynolds na Prandtl zilifafanuliwaje?

Katika jaribio, namba ya Reynolds ilihesabiwa kwa uhusiano:

\[ Re=\frac{ud_1}{\nu} \]

Hapa \(u\) ni kasi ya mtiririko ndani ya mfereji na \(\nu\) ni mnato wa kinematiki wa CO₂.

Namba ya Prandtl ilifafanuliwa kama:

\[ Pr=\frac{\mu c_p}{\lambda} \]

Sifa za kitermofizikia katika hesabu ya Prandtl zilitathminiwa katika wastani wa kihesabu wa joto la kuingia na kutoka.

Jaribio lilifanywa katika eneo gani la kazi?

Kiwango cha kutokuwa na uhakika wa majaribio kilikuwaje?

Watafiti walizingatia kutokuwa na uhakika wa Aina A na Aina B katika vipimo vya moja kwa moja, na uenezaji wa kosa katika ukubwa uliokokotolewa kwa njia isiyo ya moja kwa moja. Kutokuwa na uhakika kuu kulikotolewa katika chanzo ni kama ifuatavyo:

Uchambuzi huu wa kutokuwa na uhakika ni moja ya nguvu za jaribio; kwa sababu korilesheni iliyopendekezwa haikutokana tu na modeli ya namba, bali na majaribio ya kifizikia ambayo mipaka ya makosa ya vifaa vya kupima ilitathminiwa wazi.

Mgawanyo wa joto ulionyesha nini?

Joto la CO₂ liliongezeka mfululizo kutoka sehemu ya kuingia ya mazingira ya hifadhi hadi sehemu ya kutoka. Mwelekeo huu unaonyesha moja kwa moja kuwa mtiririko unapokea nishati kutoka kwenye chuma cha kutupwa kilicho moto sepanjang mfereji. Kinyume chake, iliripotiwa kuwa joto la wastani la ukuta lilibaki kiasi fulani sawa kando ya mhimili.

Katika grafu ya joto ya kazi ya chanzo, inaonekana kuwa joto la CO₂ kando ya mhimili linaongezeka hatua kwa hatua katika hali tatu za kazi zinazowakilisha Reynolds ya chini, ya kati na ya juu. Katika grafu tofauti ya joto la ukuta, wastani wa joto la ukuta wa Case A uko karibu 645 °C, Case B karibu 627 °C na Case C karibu 597 °C.

Watafiti wanatafsiri kutokuwepo kwa miruko ya ghafla katika joto la ukuta na la mtiririko kama kiashiria cha masharti thabiti ya kazi na upitishaji mkubwa wa joto wa chuma cha kutupwa.

Kwa nini namba ya Reynolds katika Case B inapaswa kuandikwa kando?

Katika Jedwali 3 la chanzo, imeandikwa Re=7,6×10⁴ kwa Case A, Re=8,7×10⁵ kwa Case B, na Re=1,3×10⁵ kwa Case C. Hata hivyo, kazi hiyo hiyo inafafanua eneo la majaribio kama 7,5×10⁴–1,35×10⁵. Thamani ya 8,7×10⁵ kwa Case B iko juu sana ya eneo hili na ni kubwa pia kuliko Case C.

Kwa hiyo thamani ya Case B inapaswa kuchukuliwa kama kutokulingana kwa namba ndani ya chanzo. Hapa haijarekebishwa kimya kimya kuwa 8,7×10⁴ kwa kudhani kuwa ni kosa la uchapaji.

Namba ya Nusselt ilibadilikaje Reynolds ilipoongezeka?

Moja ya matokeo yaliyo wazi zaidi ya jaribio ni kuongezeka kwa namba ya Nusselt kwa namna ya monotoni pamoja na namba ya Reynolds. Reynolds ilipoongezeka kutoka takribani 75.000 hadi 135.000, Nusselt ilipanda kutoka takribani 74 hadi 97.

Katika eneo la Reynolds ya chini kulikuwa na mtawanyiko fulani wa nukta za data, wakati katika eneo la Reynolds ya juu mwelekeo wa jumla wa kuongezeka unaonekana wazi zaidi. Watafiti wanahusisha hali hii na kuimarika kwa konveksia ya mtikisiko kadiri kasi ya mtiririko inavyoongezeka.

Kwa nini makorilesheni ya kawaida ya uhamishaji joto hayakutosha?

Utafiti ulitumia makorilesheni ya Dittus–Boelter, Gnielinski, Colburn na Zhou kama marejeo. Sehemu kubwa ya mahusiano haya iliendelezwa kwa mabomba laini ya duara, chini ya masharti fulani ya mpaka wa joto na sifa za kawaida za viowevu.

Katika grafu za ulinganisho za kazi, thamani za Nusselt zilizohesabiwa kutoka mahusiano ya kawaida zinabaki juu sana kuliko thamani za Nusselt za majaribio. Hasa mahusiano ya Dittus–Boelter na Colburn hutoa utabiri wa juu sana ikilinganishwa na eneo la majaribio la takribani 74–97. Ingawa uhusiano wa Zhou unakaribia data za majaribio kuliko baadhi ya mahusiano ya kawaida, bado unaonyesha mkengeuko wa kimfumo unaoonekana.

Watafiti wanahusisha tofauti hii na sababu kama masharti yasiyo bora ya mpaka wa joto katika mazingira thabiti ya hifadhi yenye joto la juu, namba ya Reynolds iliyo juu, na sifa za kitermofizikia za CO₂ zinazotegemea joto, ambazo hutofautiana na masharti ambayo mahusiano ya kawaida yalitengenezwa.

Ni makorilesheni gani mapya ya Nusselt yaliendelezwa?

Kutoka data za majaribio, kwanza yalitolewa mahusiano matatu katika muundo wa kawaida wa sheria ya nguvu, kisha uhusiano mmoja uliopanuliwa wa daraja la pili katika nafasi ya logariti:

Mahusiano matatu ya kwanza yanahifadhi umbo la sheria ya nguvu ya Reynolds–Prandtl linalotumika sana katika uhandisi. Uhusiano wa nne ni modeli ya kimaempiria yenye unyumbufu zaidi, iliyoongeza kipengele cha \((\ln Re)^2\) ili kunasa vizuri zaidi mpindo katika eneo la Reynolds ya juu.

Kwa nini modeli yenye R² ya juu zaidi kihisabati haikuchaguliwa?

Watafiti hawakuona kuongeza tu mgawo wa uamzi kuwa jambo la kutosha. Ingawa modeli iliyopanuliwa ya polinomia ilikuwa na R² ya juu zaidi, iliripotiwa kuwa makosa yake ya wastani na ya juu zaidi ya utabiri yalikuwa makubwa zaidi.

Katika Jedwali 6 la kazi, mstari wa nne una R²=0,994, MAPE=%4,137 na mkengeuko wa juu zaidi=%8,083. Kwa hivyo, licha ya modeli ngumu zaidi kuendana vizuri zaidi na data za mafunzo, ilihitimishwa kuwa tabia yake ya kosa katika utabiri wa kihandisi ilikuwa dhaifu zaidi.

Korilesheni ya mwisho iliyopendekezwa ni ipi?

Uhusiano wa mwisho uliopendekezwa na utafiti ni:

\[ \boxed{Nu=0.202Re^{0.465}Pr^{-2.19}} \]

ndivyo ilivyo.

Kwa korilesheni hii, kazi inaripoti thamani hizi:

• R²: 0,988
• MAPE: %0,715
• Mkengeuko wa juu zaidi wa kiasi: %2,404

Watafiti waliipendekeza kwa hesabu za kihandisi kwa kusema kwamba uhusiano huu unatoa mizani bora kati ya usahihi wa kufitiana na kosa la hali mbaya zaidi.

Kuna kutokulingana gani katika namba za milinganyo?

Katika Sehemu 3.4.2 ya chanzo, mahusiano manne mapya yameorodheshwa wazi kama Mlinganyo (14), (15), (16) na (17). Hata hivyo, mistari ya Jedwali 6 lililofuata mara moja imeandikwa Eq.12, Eq.13, Eq.14 na Eq.15. Grafu za utabiri zilizotolewa kando katika kurasa 45–48 pia zinatumia lebo hizo zilizohama za Eq.12–Eq.15.

Kwa upande mwingine, Sehemu 3.4.4 na sehemu ya hitimisho zinaeleza wazi kuwa uhusiano wa mwisho ni Mlinganyo (16). Zaidi ya hayo, thamani za R²=0,988, MAPE=%0,715 na mkengeuko wa juu zaidi=%2,404 katika muhtasari zinafanana na thamani za mstari wa tatu wa Jedwali 6.

Kwa hiyo, katika maandishi haya ya Verianla, uhusiano wa kihisabati uliopendekezwa umehifadhiwa kama ulivyotolewa katika chanzo kama Mlinganyo (16), lakini kutokulingana kwa namba kwa hatua mbili katika Jedwali 6 na Kielelezo 9 hakujarekebishwa kimya kimya.

Korilesheni iliyopendekezwa inaweza kutumika katika masharti gani?

Eneo la uhalali lililotolewa wazi katika sehemu ya hitimisho ya kazi ni hili:

Mipaka hii ni muhimu katika kufasiri korilesheni. Kazi haijaonyesha kwamba uhusiano huo unaweza kutumiwa moja kwa moja kwa shinikizo nje ya 0,2 MPa, joto tofauti zaidi, jiometri tofauti za mifereji, au CO₂ ya juu ya hali muhimu.

Matokeo yanayoungwa mkono na kazi

• CO₂ iliyo chini ya hali muhimu ilitoa joto kwa konveksia ya kulazimishwa kutoka kwenye mazingira ya hifadhi ya chuma cha kutupwa chenye joto la juu katika mfumo wa majaribio wa mzunguko uliofungwa uliotathminiwa.
• Katika eneo la Reynolds lililochunguzwa, namba ya Nusselt iliongezeka kwa mpangilio kadiri namba ya Reynolds ilivyoongezeka.
• Katika eneo la takribani Re=75.000–135.000, Nu ya majaribio iliongezeka kutoka takribani 74 hadi 97.
• Makorilesheni ya kawaida ya Dittus–Boelter, Gnielinski, Colburn na Zhou yalionyesha mikengeuko dhahiri ya utabiri katika masharti ya sasa ya majaribio.
• Makorilesheni manne mapya ya kimaempiria ya Nusselt yaliendelezwa kutoka kwenye data za majaribio.
• Uhusiano wa \(Nu=0.202Re^{0.465}Pr^{-2.19}\) ulipendekezwa kwa hoja kwamba unatoa mizani inayofaa zaidi kati ya usahihi na kosa la juu zaidi.
• Kwa korilesheni iliyopendekezwa, R²=0,988, MAPE=%0,715 na mkengeuko wa juu zaidi wa kiasi %2,404 ziliripotiwa.

Matokeo ambayo kazi haithibitishi

• Kazi haithibitishi kuwa hifadhi ya chuma cha kutupwa ni bora kiuchumi kuliko nyenzo zote mbadala za hifadhi ya joto.
• Jaribio halichunguzi uhamishaji wa joto wa CO₂ ya juu ya hali muhimu.
• Korilesheni iliyopendekezwa haijathibitishwa kwa shinikizo tofauti na jiometri tofauti za mifereji.
• Kazi haikupima ufanisi wa mzunguko wa umeme-kwa-umeme wa kituo kamili cha hifadhi ya nishati.
• Umeme wa kusukuma, uchumi wa jumla wa mfumo na gharama iliyosawazishwa ya hifadhi ya nishati havikuhesabiwa.
• Kuzeeka kwa kimitambo au kimikromuundo kwa chuma cha kutupwa baada ya mizunguko mirefu sana ya joto hakukuchunguzwa.
• Matokeo si dhamana ya moja kwa moja ya utendaji kwa kituo au kiwanda fulani nchini Uturuki.

Mbinu na Matokeo ya Kazi

Muhtasari wa muundo wa majaribio

Hali tatu za majaribio za uwakilishi

Kazi ilichagua hali tatu za uwakilishi kutoka maeneo ya Reynolds ya chini, ya kati na ya juu ili kujadili profaili za joto. Katika Jedwali 3 la chanzo, thamani zimechapishwa kama ifuatavyo:

Kwa kuwa thamani ya Reynolds katika Case B haiendani na eneo la jumla la kazi la utafiti, haipaswi kutumiwa kama thamani iliyorekebishwa. Jedwali hili limetolewa tu ili kuandika hali iliyochapishwa ya chanzo.

Tafsiri ya kifizikia ya mwelekeo wa Nusselt–Reynolds

Namba ya Reynolds inapoongezeka, athari za inertia za mtiririko huimarika ikilinganishwa na athari za mnato, na katika eneo la kazi lenye mtikisiko lililochunguzwa, konveksia kati ya CO₂ na ukuta wa mfereji huongezeka. Katika jaribio, mwonekano wa hili ni ongezeko la monotoni la namba ya Nusselt.

Watafiti wanahusisha mtawanyiko upande wa Reynolds ya chini na ukweli kwamba joto la ukuta halikuwa thabiti kikamilifu kwa namna bora, na mabadiliko madogo katika tofauti ya joto ya ndani yanaweza kuathiri thamani za Nusselt zilizohesabiwa. Upande wa Reynolds ya juu, mwelekeo wa kuongezeka ni wenye nguvu zaidi, lakini mabadiliko madogo ya joto la ndani bado huchangia mtawanyiko wa data.

Ujumbe mkuu wa ulinganisho wa makorilesheni ya kawaida

Katika grafu ya ulinganisho wa Dittus–Boelter, inaonekana kwamba modeli ya kawaida hutoa utabiri hadi takribani kiwango cha 160–250 dhidi ya thamani za Nu za majaribio zilizo katika eneo la takribani 74–98. Utabiri wa juu wa kimfumo unaofanana pia upo katika grafu za Gnielinski na Colburn.

Ingawa uhusiano wa Zhou ni usemi ulioendelezwa zaidi unaojumuisha uwiano wa joto, hauendani kikamilifu na thamani za majaribio. Matokeo haya yanaunda msingi wa watafiti kuendeleza uhusiano wa regresi maalumu kwa mfumo uliopo wa chuma cha kutupwa–CO₂ wenye joto la juu.

Mbinu ya regresi

Makorilesheni ya kwanza yaliendelezwa kwa kuanzia na muundo wa jumla:

\[ Nu=aRe^bPr^c \]

Data za majaribio zilibadilishwa kwenda kwenye nafasi ya logariti, na vigawo viliamuliwa kwa regresi mstari ya vigezo vingi inayotegemea njia ya kawaida ya miraba midogo zaidi.

Ilipoonekana kuwa mpindo katika eneo la Reynolds ya juu hauwezi kuwakilishwa kikamilifu na sheria ya nguvu ya kawaida, modeli ya polinomia iliyopanuliwa inayojumuisha neno la daraja la pili la kigezo \(\ln(Re)\) pia iliundwa. Watafiti wanasema kwamba hii inaweza kutoa ulinganifu wenye unyumbufu zaidi ndani ya eneo la jaribio, lakini inaweza kuwa na uimara mdogo zaidi katika uongezaji nje ya eneo hilo.

Tathmini ya kitakwimu ya korilesheni iliyopendekezwa

Katika grafu za parity za kazi, imesemwa kwamba utabiri uliopatikana kutoka makorilesheni mapya unakusanyika karibu na thamani za majaribio na kwamba nukta zote za data zipo ndani ya ukanda wa ±%10. Hata hivyo, hakuna seti huru ya data ya majaribio ya nje au utaratibu wa uthibitishaji msalaba ulioelezwa kuhusu jinsi hifadhi ile ile ya data za majaribio ilivyogawanywa katika mafunzo na tathmini ya makorilesheni.

Nguvu za jaribio

• Matokeo kupatikana kutoka mfumo halisi wa majaribio wa mzunguko uliofungwa, si kutoka CFD au hesabu ya kinadharia pekee.
• Kutumia kitengo halisi cha hifadhi ya joto cha chuma cha kutupwa na usanifu wa mifereji mingi.
• Kupima joto, shinikizo na mtiririko wa CO₂ kwa wakati halisi.
• Kufanya uchambuzi wa kutokuwa na uhakika kwa vipimo na ukubwa uliotolewa.
• Kutoa ulinganisho wa moja kwa moja na makorilesheni ya kawaida.
• Kutathmini uhusiano wa kimaempiria si kwa mgawo wa kufitiana tu, bali pia kwa MAPE na mkengeuko wa juu zaidi.
• Kuweka wazi mipaka ya uhalali wa uhusiano uliopendekezwa.

Vikwazo kuu vya kimbinu

Jaribio lilifanywa katika shinikizo la 0,2 MPa pekee. Kwa hiyo, athari huru ya shinikizo juu ya uhamishaji joto haikujaribiwa kwa namna ya kiparameta.

Kazi inategemea jiometri moja kuu ya mfereji na kipenyo cha mfereji cha 200 mm. Athari za kipenyo cha mfereji, ukorofi wa uso au jiometri tofauti za ndani hazikulinganishwa kwa majaribio.

Uhusiano uliopendekezwa ulitolewa kutoka seti ya data za majaribio iliyopo na kutathminiwa ndani ya eneo hilo hilo la majaribio. Hakukuwa na uthibitishaji wa nje kupitia maabara nyingine, muundo tofauti wa chuma cha kutupwa au seti huru ya data.

Upotevu wa joto ulichukuliwa kuwa mdogo kwa sababu ya uhamishaji joto mzuri; lakini kazi haitoi bajeti ya kina ya upotevu wa nishati kwa mzunguko mzima wala ramani ya muda mrefu ya ufanisi wa uchaji-utowaji wa joto.

Lengo la kazi ni kuendeleza korilesheni ya kihandisi kwa uhamishaji wa joto kwa konveksia wa ndani/wastani. Ufanisi wa hifadhi katika ngazi ya mfumo mzima, matumizi ya pampu, gharama ya vifaa, gharama ya mzunguko wa maisha au utendaji wa kimazingira si matokeo ya moja kwa moja ya jaribio hili.

Dokezo la Chanzo na Mbinu

Jina kamili la kazi asili: Experimental investigation of forced convective heat transfer of subcritical CO₂ in high-temperature cast-iron thermal storage channels

Waandishi na mpangilio: Hongbo Wang; Cong Liu; Qimin Wang; Xiaohui Zhang.

Mwandishi wa mawasiliano: Cong Liu.

Anwani ya barua pepe ya mwandishi wa mawasiliano: liucong@sie.edu.cn

Mchango sawa/uandishi wa kwanza sawa: Katika toleo lililopakiwa hakuna tamko la mchango sawa au uandishi wa kwanza sawa.

Taasisi: Shenyang Institute of Engineering, Shenyang 110136, China.

Aina ya chanzo: Preprint ya utafiti wa majaribio inayochunguza uhamishaji wa joto kwa konveksia wa CO₂ iliyo chini ya hali muhimu katika mfumo thabiti wa hifadhi ya joto hisivu yenye joto la juu.

Jukwaa: SSRN.

Namba ya usajili ya SSRN: 6934134.

DOI: 10.2139/ssrn.6934134.

Kiungo rasmi:SSRN 6934134

Hali ya mapitio ya rika: Toleo lililochunguzwa ni preprint ambayo haijapitia tathmini ya rika. Kwa kuwa katika udhibiti wa kibibliografia halikutambuliwa toleo tofauti la jarida lililopitiwa na rika kwa kichwa hicho hicho kwa uhakika, hakuna taarifa ya jarida au DOI iliyopitiwa na rika iliyoongezwa.

Mwaka wa uchapishaji: 2026.

Mbinu ya majaribio: Mfumo wa CO₂ iliyo chini ya hali muhimu wa mzunguko uliofungwa katika shinikizo la 0,2 MPa; mazingira ya hifadhi ya joto hisivu ya chuma cha kutupwa yaliyopashwa kwa umeme; vitengo 32 vya hifadhi vilivounganishwa kwa mfululizo; pampu yenye masafa yanayobadilika; vipimo vya joto, shinikizo na mtiririko; hesabu za Reynolds, Prandtl na Nusselt; uchambuzi wa kutokuwa na uhakika wa majaribio na regresi ya kimaempiria.

Chanzo cha data za kitermofizikia: Watafiti walitumia NIST Chemistry WebBook SRD 69 kwa thamani za msongamano, mnato, joto maalumu na upitishaji joto wa CO₂.

Korilesheni iliyopendekezwa: \(Nu=0.202Re^{0.465}Pr^{-2.19}\).

Utendaji ulioripotiwa na kazi kwa korilesheni iliyopendekezwa: R²=0,988; MAPE=%0,715; mkengeuko wa juu zaidi wa kiasi=%2,404.

Kikomo cha uhalali: 70.000≤Re≤140.000; 9≤u≤15 m/s; 450≤T≤550 °C; p=0,2 MPa. Matumizi nje ya mipaka hii hayajathibitishwa kwa majaribio na kazi.

Kutokulingana kwa namba ndani ya chanzo: Katika Jedwali 3, namba ya Reynolds kwa Case B imetolewa kama 8,7×10⁵; thamani hii haiendani na eneo la majaribio la 7,5×10⁴–1,35×10⁵ lililofafanuliwa na kazi. Thamani hiyo haijarekebishwa kimya kimya.

Kutokulingana kwa namba za milinganyo ndani ya chanzo: Makorilesheni manne mapya yametolewa katika maandishi kuu kama Milinganyo 14–17, ilhali Jedwali 6 na grafu husika za utabiri zinatumia lebo za Eq.12–Eq.15. Kwa kuwa maandishi na sehemu ya hitimisho zinatambua pendekezo la mwisho kama Mlinganyo 16, uhusiano wa kihisabati umehifadhiwa kama ulivyo na kutokulingana kwa namba kumetajwa kando.

Ufadhili: Katika toleo lililopakiwa hakuna tamko tofauti la ufadhili lililogunduliwa.

Mgongano wa maslahi: Katika toleo lililopakiwa hakuna tamko tofauti la mgongano wa maslahi lililogunduliwa.

Upatikanaji wa data: Katika toleo lililopakiwa hakuna tamko tofauti la upatikanaji wa data.

CRediT/michango ya waandishi: Katika toleo lililopakiwa hakuna tamko la kina la CRediT kuhusu michango ya waandishi.

Tamko la akili bandia zalishi: Watafiti wanasema walitumia ChatGPT wakati wa kuandaa maandishi ya kazi ili kuboresha usomaji na uwazi wa kimantiki, kisha wakapitia na kuhariri maudhui na kuchukua wajibu wa maudhui ya kazi.

Leseni: Katika toleo lililochunguzwa haikugunduliwa leseni ya Creative Commons au leseni linganifu ya matumizi huru. Kwa hiyo, haikudhaniwa matumizi ya taswira yanayotegemea kunakili moja kwa moja picha za mpangilio wa majaribio na grafu asili za kazi ya chanzo.

Kikomo kikuu cha kisayansi: Matokeo yanahusu jiometri maalumu ya mfereji wa 200 mm, mfumo wa hifadhi ya chuma cha kutupwa wenye vitengo 32, na masharti ya CO₂ iliyo chini ya hali muhimu katika 0,2 MPa. Uhamishaji wa korilesheni kwa shinikizo tofauti, nyenzo tofauti, jiometri tofauti za mifereji au utendaji wa juu ya hali muhimu unapaswa kuthibitishwa kando.

Kanuni ya maudhui ya kisayansi: Muundo wa jaribio, fomula, thamani za vipimo, makorilesheni, takwimu na vikwazo katika maelezo haya ya Verianla vinategemea kazi iliyochunguzwa. Udhibiti wa kibibliografia wa nje ulitumika tu kwa kuthibitisha utambulisho wa SSRN na DOI; hakuna matokeo mapya ya kisayansi kutoka tafiti nyingine yaliyoongezwa kwenye simulizi kuu.