Анализ характеристик и передачи эксергии в теплообменниках с графеновыми наножидкостями в судовой теплонасосной системе с источником тепла в виде морской воды

Судовая теплонасосная установка с источником тепла в виде морской воды использует относительно стабильную температуру морской воды как источник холода и тепла системы для обеспечения судна необходимой энергией на охлаждение и обогрев. Эта технология является одним из важных решений для снижения энергопотребления судна. Поэтому в настоящей работе экспериментально исследован теплообменник в теплонасосной системе на CO₂ с хладагентом в виде графеновой наножидкости и проанализировано влияние соответствующих факторов на эффективность интенсификации теплообмена. Сначала была модернизирована экспериментальная установка теплонасосной системы, приготовлены шесть графеновых наножидкостей с различной массовой концентрацией (0–1 мас.%) и определены их теплофизические свойства. Далее графеновые наножидкости рассматривались как благоприятная рабочая жидкость: холодный поток в теплообменнике получает прирост тепловой эксергии, тогда как горячий поток характеризуется уменьшением тепловой эксергии. На основе эффективности теплообмена и эксергетической эффективности теплообменника была разработана модель передачи эксергии для кожухотрубного теплообменника с источником тепла в виде морской воды. Наконец, в условиях моделирования постоянной температуры морской воды проведены испытания интенсификации теплообмена в теплообменниках с хладагентами в виде графеновых наножидкостей различной концентрации, а результаты проанализированы с использованием моделей энергетического и эксергетического переноса. Результаты показывают, что при низкой концентрации графеновой наножидкости (0–0,1 мас.%) эффект интенсификации теплообмена превышает отрицательное влияние повышения вязкости, обеспечивая высокую эффективность передачи эксергии. При слишком высокой концентрации графеновой наножидкости сопротивление потоку, вызванное увеличением вязкости, превышает прирост интенсификации теплообмена, обеспечиваемый наножидкостью, что приводит к значительному снижению эффективности передачи эксергии.