افزایش پایداری نانوسیالات و روش های تخمین آن

نوع مقاله : مقاله علمی

نویسندگان
بهمن رحمتی نژاد 1
فرزین عظیم پور شیشوان 2
1 مربی؛ گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه فنی‌ و حرفه‌ای، تهران، ایران
2 استادیار؛ گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه فنی‌ و حرفه‌ای، تهران، ایران.
10.22034/stme.2023.162633
چکیده
نانو ذرات موادی هستند که حداقل یکی از ابعادشان (طول، عرض، ارتفاع) در مقیاس نانو (بین 1 تا 100 نانومتر) باشد. نانو سیالات از توزیع ذرات با ابعاد نانو در سیالات معمولی حاصل می‌شوند. سیالات رایج نظیر آب، روغن­ها و اتیلن گلیکول که معمولاً در انتقال حرارت مورد استفاده قرار می­گیرند، توانایی محدودی از لحاظ خواص حرارتی دارند. خواص جالب نانوسیال ها (مانند ضریب انتقال حرارت بالا) و پتانسیل زیادی که برای افزایش انتقال حرارت از خود نشان می­دهند سبب شده که این گروه از سیالات در سال های اخیر در کانون توجه محققان قرار گیرند. یکی از فاکتورهای کلیدی در بهینه شدن خواص این دسته از سیالات مسئله پایداری آن‌ها است. اجتماع ذرات و کلوخه شدن آن‌ها باعث افزایش احتمال ته‌نشینی می‌شود، پایداری سوسپانسیون را کاهش می‌دهد، و موجب از بین رفتن ویژگی‌های سوسپانسیون ازجمله هدایت حرارتی، ویسکوزیته، و افزایش ظرفیت حرارتی می‌شود. در این تحقیق روش های افزایش پایداری و ابزارهای بازرسی بررسی شد. نتایج نشان داد استفاده هم زمان از ارتعاش مافوق صوت و مواد فعال کننده سطح (سورفکتانت) تاثیر بسزایی در پایداری نانو سیال دارد. و دو روش استفاده از پراکنش نور DLS و روش طیف سنجی جذبی فرابنفش _ مرئی به منظور بررسی پایداری توسط محققین زیادی در تحقیقات خود مورد استفاده قرار گرفته است.
کلیدواژه‌ها
نانوسیال
نانو ذرات
پایداری نانوسیال
تخمین پایداری نانوسیال
موضوعات

عنوان مقاله English

Increasing the stability of nanofluids and its estimation methods

نویسندگان English

Bahman Rahmatinejad 1
Farzin Azimpour 2
1 PhD, Department of Mechanical Engineering, Technical and Vocational University (TVU),Tehran, Iran
2 Assistant Professor, Department of Mechanical Engineering, Technical and Vocational University (TVU),Tehran, Iran.
چکیده English

Nanoparticles are materials which have at least one of their dimensions (length, width, height) at the nano scale (among 1 and 100 nm). Nanofluids are obtained from the distribution of particles with nano dimensions in normal fluids. Common fluids such as water, oils and ethylene glycol, which are usually used in heat transfer, have limited ability in terms of thermal properties. The interesting properties of nanofluids (such as high heat transfer coefficient) and the great potential they show for increasing heat transfer have caused this group of fluids to be in the focus of researchers' attention in recent years. One of the key factors in optimizing the properties of these fluids is their stability. The gathering of particles and their agglomeration increases the possibility of sedimentation, reduces the stability of the suspension, and causes the loss of the properties of the suspension, such as thermal conductivity, viscosity, and increase in heat capacity. In this research, methods of increasing stability and inspection tools were investigated. The results showed that the simultaneous use of ultrasonic vibration and surface activating substances (surfactant) has a significant effect on the stability of nanofluid. And two methods of using DLS light scattering and ultraviolet-visible absorption spectrometry have been used by many researchers in their research in order to check stability.

کلیدواژه‌ها English

Nanofluid
nanoparticles
nanofluid stability
estimation of nanofluid stability
[1] ریحانی، مجید، عابدین، آرمین & ابراهیمی ممقانی، علی. (1396). نگاهی بر خواص، عملکرد و پایداری نانوسیال‌ها و فروسیال‌ها. مهندسی مکانیک، 26(5)، 38-49.
[2]  ولی زاده، کامران و تاجدینی، پدرام و خباززاده، محمد و طهماسبی، محمدمهدی،1391،ویسکوزیته در نانو سیالات،اولین کنفرانس بین المللی نفت، گاز، پتروشیمی و نیروگاهی،تهران.
[3] Choi S. U. S., Enhancing  thermal  conductivity of fluids with nanoparticles. Developments and  Applications  of Non-Newtonian Flowsǡ, Vol. 231, No.66, pp. 99-105,1995.
[4] Masuda T., Ebata A., Teramae K., Hishinuma N., Alteration of thermal conductivity and viscosity of liquid by dispersing ultra-fine  particles (Dispersion of Al2O3, SiO2 and TiO2 ultra-fine particles). Netsu Bussei, Vol. 4, pp. 227–233, 1993.
[5] Ali, N., Bahman, A. M., Aljuwayhel, N. F., Ebrahim, S. A., Mukherjee, S., & Alsayegh, A. (2021). Carbon-Based Nanofluids and Their Advances towards Heat Transfer Applications-A Review. Nanomaterials (Basel, Switzerland), 11(6), 1628. https://doi.org/10.3390/nano11061628.
[6] Keblinski P., Phillpot S. R., Choi S. U. S., Eastman J. A., Mechanisms of heat flow in suspensions of nano-sized particles (nanofluids). International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 45, pp. 855-863, 2002.
[7]  رحمتی نژاد, بهمن, عباسقلی پور, مهدی, & محمدی الستی, بهزاد. (1401). ارزیابی تجربی انتقال حرارت رادیاتور تراکتور MF 285 با استفاده از نانو سیال AL2O3+water  ماشین های کشاورزی.
[8] Chakraborty S., Panigrahi P.K. Stability of nanofluid: A review. Appl. Therm. Eng. 2020;174:115259. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2020.115259
[9] Wen D., Lin G., Vafaei S., Review of nanofluids for heat transfer applications. Particuology, Vlo. 7, pp. 41–50, 2009.
[10] Tajik B., Abbassi A., Saffar-Avval M., and Najafabadi M. A., Ultrasonic properties of suspensions of TiO2 and Al2O3 nanoparticles in water. Powder Technology, vol. 217, pp. 171–176, 2012.
 [11] Ho C., Liu W., Chang Y., Lin C., Natural convection heat transfer of alumina-water nanofluid in vertical square enclosures: an experimental study. International Journal of Thermal Sciences, vol. 4, no. 2, pp. 1345-1353, 2010.
[12] Huminic G., Huminic A., Heat transfer characteristics in double tube helical heat exchangers using nanofluids. International Journal of Heat and Mass Transfer, vol. 54, no. 9, pp. 4280-4287, 2011.
[13] Sherve A., Shafie M., Bastani H., Firozzadeh M., Bozorghmerian M. Experimental study of heat transfer coefficient in carbon-water nanofluid in turbulent flow. Second International Congress of Science and Engineering. 2018. (In Persian)
[14] Rahmatinejad, B. (2022). Investigating Thermophysical Properties and Thermal Performance of Al2O3 Nanoparticles in Water and Ethylene Glycol Based Fluids. Journal of Nanostructures, 12(3), 642-659.
[15] Peyghambarzadeh S. M., Hashemabadi S. H., Naraki M., & Vermahmoudi Y., Experimental study of overall heat transfer coefficient in the application of dilute nanofluids in the car radiator. Applied Thermal Engineering, Vol. 52(1), pp. 8-16, 2013.
[16] Elias M. M., Mahbubul I. M., Saidur R., Sohel M. R., Shahrul I. M., Khaleduzzaman S. S., Sadeghipour S., Experimental investigation on the thermo-physical properties of Al2O3 nanoparticles suspended in car radiator coolant. International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol. 54, pp. 48-53, 2014.
[17] Rahmatinejad, B., Abbasgholipour, M., & Mohammadi Alasti, B. (2021). Investigating thermo-physical properties and thermal performance of Al2O3 and CuO nanoparticles in Water and Ethylene Glycol based fluids. International Journal of Nano Dimension, 12(3), 252-271.
[18] Prashanth P. A., Raveendra R. S., Hari Krishna R., Ananda S., Bhagya N. P., Nagabhushana B. M., Lingaraju K., Raja Naika H., Synthesis, characterizations, antibacterial and photoluminescence studies of solution combustion-derived α-Al2O3 nanoparticles. Journal of Asian Ceramic Societies, Vol. 3, pp.345-351, 2015.
[19] XU R., Particle Characterization:Light Scattering Methods. Kluwer Academic Publishers, 2002.
[20] Ghadimi A., Saidur R., Metselaar H. S. C., A review of nanofluid stability properties and characterization in stationary conditions. Int.J. Heat and Mass Transfer, Vol. 54, pp.4051-4068, 2011.
[21] Walock, M. J. (2012). Nanocomposite coatings based on quaternary metal-nitrogen and nanocarbon systems. The University of Alabama at Birmingham.‏
[22] Saheed A. A., Sharifpur M., Meyer J. P.,  Influence of ultrasonication energy on the dispersion consistency of Al2O3–glycerol nanofluid based on viscosity data, and model development for the required ultrasonication energy density. Journal of Experimental Nanoscience, Vol. 11(8), pp. 630-649, 2016. 
[23]  رحمتی نژاد, بهمن, عظیم پور شیشوان, فرزین. (1401). ارزیابی تجربی و عددی انتقال گرمای رادیاتور موتور پرکینز A4.248 با استفاده از نانو سیال CuO+water  مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز.
 [24] Pecora, R. 1985. Dynamic Light Scattering. Applications of Photon Correlation Spectroscopy. Springer.
[25] JAMALI, M. R., & TAVAKOLI, M. (2016). Separation and preconcentration trace amounts of mercury (II) from water samples using solvent-assisted dispersive solid phase extraction and spectrophotometric determination.‏
 [26] C. Dames, G. Chen, 1ω, 2ω & 3ω methods for measurements of thermal properties, REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS, Vol. 76, pp. 124902-1-14, 2005.
[27] E. Yusibani, P. L. Woodfield, M. Fujii, K. Shinzato, X. Zhang, Y. Takata, Application of the Three-Omega Method to Measurement of Thermal Conductivity and Thermal Diffusivity of Hydrogen Gas, Int J Thermophys, Vol. 30, pp. 397–415, 2009.
 [28] K. T. Wojciechowski, R. Zybala, R. Mania, Application of DLC layers in 3-omega thermal conductivity method, Journal of Achievements in Materialsand Manufacturing Engineering, Vol. 37, No. 2, pp. 512-517, 2009.
[29] G. M. Paul, I. Chopkar, P. K. Manna, Techniques for measuring the thermal conductivity of nanofluids: A review, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 14, pp. 1913–1924, 2010.
[30] Tavman, I., & Turgut, A. L. P. A. S. L. A. N. (2010). An investigation on thermal conductivity and viscosity of water based nanofluids. In Microfluidics Based Microsystems (pp. 139-162). Springer, Dordrecht.‏
 

  • تاریخ دریافت 04 اردیبهشت 1401
  • تاریخ بازنگری 30 مهر 1401
  • تاریخ پذیرش 20 آذر 1401
  • تاریخ اولین انتشار 20 آذر 1401
  • تاریخ انتشار 01 اسفند 1401