Айнур Жарылкасыновна Адылканова – PhD докторант образовательной программы «Техническая физика» кафедры «Техническая физика и теплоэнергетика»
071412, Республика Казахстан, г. Семей, ул. Глинки, 20 А
Ainur Zharylkassynovna Adylkanova – PhD doctoral student of the educational program «Technical Physics», Department of Technical Physics and Heat Power Engineering
071412, Republic of Kazakhstan, Semey, Glinki Street, 20 A
Аскар Багдатович Касымов – PhD, Член правления – проректор по стратегии и социальному развитию
071412, Республика Казахстан, г. Семей, ул. Глинки, 20 А
Askar Bagdatovich Kassymov – PhD, Member of the Board – Vice-Rector for Strategy and Social Development
071412, Republic of Kazakhstan, Semey, Glinki Street, 20 A
Ануар Алмасбекович Бектемисов – научный сотрудник кафедры «Техническая физика и теплоэнергетика»
071412, Республика Казахстан, г. Семей, ул. Глинки, 20 А
Anuar Almasbekovich Bektemissov – Researcher, Department of Technical Physics and Heat Power Engineering
071412, Republic of Kazakhstan, Semey, Glinki Street, 20 A
Темірлан Нұрланұлы Умыржан – PhD докторант образовательной программы «Техническая физика» кафедры «Техническая физика и теплоэнергетика»
071412, Республика Казахстан, г. Семей, ул. Глинки, 20 А
Temirlan Nurlanuly Umyrzhan – PhD doctoral student of the educational program «Technical Physics», Department of Technical Physics and Heat Power Engineering
071412, Republic of Kazakhstan, Semey, Glinki Street, 20 A
Александр Васильевич Градобоев – доктор технических наук, профессор-консультант отделения экспериментальной физики
634050, Россия, г. Томск, проспект Ленина, дом 30
Alexander Vasilievich Gradoboev – Doctor of Technical Sciences, Professor-Consultant, Division of Experimental Physics
634050, Russia, Tomsk, Lenin Avenue, 30
Повышение эффективности процессов теплообмена является одной из ключевых задач современной энергетики и теплотехники. Традиционные рабочие жидкости, такие как вода и этиленгликоль, ограничены по теплопроводности и теплоёмкости, что снижает их потенциал в условиях высоких тепловых нагрузок. Одним из направлений решения этой задачи является применение наножидкостей – дисперсий наночастиц в базовой жидкости, способных корректировать её теплофизические характеристики и повышать эффективность теплоотдачи.
В работе проведено численное исследование течения воды и наножидкости TiO2-CuO в U-образном трубчатом канале при постоянном тепловом потоке. Для анализа использовалось моделирование методом вычислительной гидродинамики (CFD), позволившее оценить распределение турбулентной кинетической энергии (ТКЕ), изменение давления вдоль канала, а также интегральные показатели теплообмена: коэффициент теплоотдачи и тепловосприятие.
Результаты показали, что вода обладает более высокой турбулентной активностью: максимальные значения TKE достигают 1.9·10-3 м2/с2, при этом суммарное падение давления составляет около 230 Па. Ограниченная теплопроводность (0.6 Вт/м·К) приводит к росту температуры на выходе на 5-7 °C. Для наножидкости TiO2-CuO характерно снижение уровня турбулентных флуктуаций на прямолинейных участках (10-6-10-5 м2/с2) и увеличение перепада давления до 270 Па, однако более высокая теплопроводность (0.702 Вт/м·К) и плотность обеспечивают более эффективный отвод тепла, снижая перегрев жидкости до 4-5 °C на выходе.
Сравнительный анализ тепловосприятия и коэффициента теплоотдачи показал преимущество наножидкости: h=68.3 Вт/(м2·K), Q=143 Вт по сравнению с водой (h=67.6 Вт/(м2·K), Q=141.8Вт). Эти результаты свидетельствуют о том, что наножидкость TiO2-CuO способна обеспечить более высокую эффективность теплопередачи при допустимом увеличении гидравлических потерь, что делает её перспективным теплоносителем для применения в компактных и энергонапряжённых системах.
Enhancing the efficiency of heat transfer processes remains one of the key challenges in modern energy and thermal engineering. Conventional working fluids, such as water and ethylene glycol, are limited in terms of thermal conductivity and heat capacity, which reduces their potential under high heat flux conditions. One of the promising approaches is the use of nanofluids – suspensions of nanoparticles in a base liquid that can modify its thermophysical properties and improve heat transfer performance.
This study presents a numerical investigation of the flow of water and TiO2-CuO nanofluid in a U-shaped tube channel under a constant heat flux. Computational fluid dynamics (CFD) was applied to analyze the distribution of turbulent kinetic energy (TKE), pressure variations along the channel, as well as integral heat transfer parameters: the heat transfer coefficient and heat absorption.
The results showed that water exhibits higher turbulent activity, with maximum TKE values reaching 1.9·10-3 m2/s2, while the overall pressure drop is about 230 Pa. Its relatively low thermal conductivity (0.6 W/m·K) leads to a temperature rise of 5-7 °C at the outlet. For the TiO2-CuO nanofluid, turbulence intensity decreases on straight sections (10-6-10-5 m2/s2) and the pressure drop increases up to 270 Pa due to higher viscosity. However, improved thermophysical properties – thermal conductivity (0.702 W/m·K) and density – ensure more effective heat removal, with outlet overheating reduced to 4-5 °C.
Comparative analysis of heat absorption and the heat transfer coefficient revealed the advantage of the nanofluid: h=68.3 W/(m2·K), Q=143 W compared with water (h=67.6 W/(m2·K), Q=141.8 W). These results indicate that TiO2-CuO nanofluid provides higher heat transfer efficiency with an acceptable increase in hydraulic losses, making it a promising coolant for compact and high-load thermal systems.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.