تأثیر سینتیک تجمع بر رسانایی حرارتی محلول های کلوئیدی در مقیاس نانو (نانوسیال)

Effect of Aggregation Kinetics on the Thermal Conductivity of Nanoscale Colloidal Solutions (Nanofluid)

چکیده
رسانندگی گرمایی، k، تعلیق های کلوئیدی نانومقیاس (شناخته شده به عنوان نانوسیال)، شامل نانوذرات معلق در یک مایع بازی، بسیار بالاتر از رسانندگی گرمایی مایع بازی در کسرهای حجمی بسیار کوچکی از نانوذرات می-باشد. اما، نتایج تجربی از گروه های مختلف درسراسر جهان ناهنجاری های مختلفی مانند یک پیک در بهبود k با توجه به اندازه نانوذره، یک افزایش و همچنین یک کاهش در نسبت k این محلول های کلوئیدی با k سیال بازی با افزایش دما، و یک وابستگی k به pH و زمان را نشان داده اند. در این مقاله، سینتیک انباشتگی محلول های کلوئیدی نانومقیاس با فیزیک انتقال حرارتی برای گیرانداختن تاثیرات انباشتگی بر k ترکیب می شوند. نتایج نشان می دهند که ناهنجاری های مشاهده شده گزارش شده در کار تجربی می توانند به خوبی با درنظر گرفتن سینتیک انباشتگی توصیف شوند. درنهایت، نشان می دهیم که شیمی کلوئیدی نقش مهمی در تصمیم گیری درباره k نانوتعلیق های کلوئیدی ایفا می کند.

داده های تجربی ]1-7[ نشان داده اند که محلول های کلوئیدی نانومقیاس، شناخته شده به عنوان نانوسیال ها (NFها)، رسانندگی گرمایی (k) بسیار بالاتری نسبت به رسانندگی که می تواند با استفاده از مدل های رسانش کلاسیکی، مانند مدل ماکسول-گرانت (MG) برای کامپوزیت های ذره ای خوب پراکنده شده پیش بینی شود خواهد داشت. درحال حاضر، دو نوع تفکر برای توضیح بهبود در k وجود دارد: (1) k توسط ریزرسانش ایجادشده توسط حرکت براونی (BM) نانوذرات ]8-12[ بهبود می یابد و k با توجه به انباشتگی نانوذرات که منجر به رفتار تراوایی محلی می شود بهبود می یابد ]13-15[. هردوی این توصیفات برای k مستقل از یکدیگر می باشند، درحالیکه مقاله کلوئیدی بطور واضح نشان می دهد که BM و انباشتگی مرتبط هستند ]16-17[. وابسته به شیمی سیستم، انباشتگی سریع ذره می تواند اتفاق بیفتد. شکل 1 بطور سیستماتیک انباشتگی را نشان می دهد. احتمال انباشتگی با کاهش اندازه ذره در کسر حجم ثابت افزایش می یابد، چونکه فاصله بین ذره ای متوسط کاهش می یابد، که باعث می شود نیروی واندروالس جاذب مهمتر شود ]16-17[. انباشتگی BM را ناشی از افزایش در جرم سنگدانه ها کاهش خواهد داد، درحالیکه این می تواند k را ناشی از تاثیرات تراوایی در سنگدانه ها افزایش دهد، چونکه ذرات با رسانندگی بالا یکدیگر را در سنگدانه نابود می کنند. اما، مدل های ریزرسانش BM موجود انباشتگی را درنظر نمی گیرند ]8-12[، و مدل های انباشتگی موجود برای k سینتیک انباشتگی را درنظر نمی گیرند.

بوردی و همکاران (18) بطور تجربی نشان دادند که رسانندگی الکتریکی کلوئیدها وابسته به سینتیک انباشتگی سیستم می باشد. انباشتگی یک پدیده وابسته به زمان است ]15-17[. بنابراین، درابتدا ذرات به خوبی در t=0 پراکنده هستند (t=زمان) و سپس شروع به تجمع برای تشکیل چندین سنگدانه بصورت نشان داده شده در شکل 1 خواهند کرد. سنگدانه ها توسط شعاع چرخش شان بصورت نشان داده شده در شکل 1 مشخص می شوند. این سنگدانه های منحصربه فرد رسانندگی بالاتری از مایع خواهند داشت؛ آن ها می-توانند بصورت ذرات جدید با یک شعاع موثر درنظر گرفته شوند و آن ها k مربوط به NF را بهبود خواهند داد. اما، این بهبود با تجمع بیشتر سنگدانه ها برای تشکیل سنگدانه های بزرگتر کاهش خواهد یافت. با ، تمام نانوذرات برای تشکیل یک سنگدانه بزرگ جمع خواهند شد، در همین اثنا نانوذرات دیگر k را بهبود نخواهند داد. بنابراین، بهبود در k ناشی از انباشتگی برای سنگدانه های خوب پراکنده شده در جایی بین دو اکستریم در (بدون انباشتگی) و (انباشتگی کامل) ماکزیمم خواهد بود. مدل های انباشتگی NF در مقالات تاکنون این جنبه را نادیده گرفته اند. اگر کسر حجمی ذرات اولیه، کسر حجمی ذرات در سنگدانه ها و کسر حجمی ذرات در سنگدانه ها باشد، آنگاه . توجه کنید که سنگدانه توسط یک کره به اندازه -بزرگتر از شعاع یک نانوذره تک-بصورت نشان داده شده در شکل 1 توصیف می شود. رابطه نشان می دهد که، برای یک سیستم خوب پراکنده شده است، چونکه تنها یک ذره در هر سنگدانه وجود دارد و ، درحالیکه برای یک سیستم کاملا انباشته شده و می باشد. k ماکزیمم ناشی از رسانش بین این دو حد رخ خواهد داد.

تأثیر مواد سطحی مختلف و زمان تابش فراصوت بر پایداری و خصوصیات ترموفیزیکی نانوسیالات ترکیبی

Impact of different surfactants and ultrasonication time on the stability and thermophysical properties of hybrid nanofluids

چکیده

1- مقدمه

2-روش تحقیق

2-1 آماده سازی نانوسیالات

2-2 تصویربرداری میکروسکوپی انتقال الکترون

2-3 ارزیابی پایداری نانوسیالات

2-4 اندازه گیری ویژگی های ترموفیزیکی

3- نتایج و بحث

3-1 توصیف

3-2 تحلیل طیف سنجی UV-vis

3-3 ویژگیهای ترمو فیزیکی

4- نتیجه گیری

چکیده

نانوسیالات گرافینی توجه بیشتری را در میان محققان به خود جلب کرده اند زیرا دارای رسانایی گرمای بسیار زیاد هستند. در تحقیق کنونی نانوسیالات هیبربدی پایدار از طریق پراکنش نانو صفحات گرافین(GnPs) و دی اکسید تیتانیوم (O۲i T)در ترکیبی از آب مقطر و اتیلن و گلیکون با استفاده از یک روش دو مرحله ای تولید شده اند. برای حذف مقایسه، GnPs در داخل مایع پایه یکسان پراکنده می شود و به عنوان نانو سیال نامگذاری می شود. تاثیر مواد سطحی مختلف و زمان تابش فراصوت برپایداری نانو سیالات با استفاده از روش رسوب گیری تحلیل پتانسیل و آزمون سقف تعیین می شوند. مشاهده شده است که اضافه کردن هگزا دسیبل قوی متیلامونیوم (CTAB) دارای پایداری بیشتری در تمام تحلیل ها می باشد و حداقل رسوب گیری تا ۴۰ روز اتفاق می افتد. ویژگیهای ترموفیزیکی نان و سیالات دارای (CTAB) از ۲۰درجه تا ۷۰ درجه برای غلظت های 172%-75%-5%-25%نانو ذرات اندازه گیری شده اند. حداکثر رسانای گرمایی برای مایع پایه در صورت وجود غلظت 747/ 23برای% wt ۱ CooH- GnP % در دمای 60 درجه سانتی گراد مشاهده شده است نانو سیالات هیبریدی دارای رسانای گرمایی بیشتر در مقایسه با ناتو سیالات مقدار ۳۰ تا ۵۰ درجه سانتی گراد هستند. نانوسیالات موجود هیبریدی رفتار نیوتنی نشان می دهد که در آن فشار کششی به صورت خطی همراه با افزایش سرعت واکنش افزایش می یابد. نانوسیالات موجود با غلظت wt ۱ % از دارای بیشترین ویسکوزیته در 40 درجه سانتی گراد است و این مقدار %54/ 42 و%58/ 4بیشتر از مایع پایه و % wt ۱ % نانو سیالات هیبریدی است. ویژگی های ارتقا یافته نانوسیالات هیبریدی می تواند به عنوان ابزار جایگزین انتقال گرما در نظر گرفته شود.

4- نتیجه گیری

پایداری، رسانایی گرمایی و ویسکوزیته نانوسیالات TiO2 (COOH-GnP)-از 30 تا 70 درجه سانتی گراد با چهار غلظت مختلف (0. 1 wt% 0. 025, 0. 05, 0. 075,) تعیین شده اند. فراصوتی کردن در 90 دقیقه برای تولید ترکیب نانوسیالات بسیار پایدار از طریق افزودن CTAB یا SDBS کافی می باشد. بر اساس نتایج بدست آمده از تحلیل های متعدد پایداری، این نتیجه بیان شد که CTAB بهترین ماده سطحی برای تثبیت این نانو سیال ترکیبی است. رسانایی حرارتی نانو سیالات همراه با دما و غلظت نانو ذرات افزایش می یابد و بیشترین افزایش (23. 74%) در دمای 60 درجه سانتی گراد و 0. 1 wt% مشاهده شده است. نانو سیالات ترکیبی دارای رسانایی حرارتی بالاتری در مقایسه با نانو سیالات COOH-GnP در تمام غلظت ها با دمای کمتر هستند (30 تا 50 درجه سانتی گراد). این بدین معناست که مونو نانو سیالات در دمای 60 درجه سانتی گراد (تمام غلظت ها) برتر از نانو سیالات ترکیبی هستند. رسانایی حرارتی بالا برای COOH-GnP مهم ترین عامل برای افزایش رفتار حرارتی نانو سیالات مونو و هیبریدی می باشد. فشار کششی زمانی افزایش می یابد که نانو ذرات به مایع اصلی اضافه شود. ویسکوزیته نانو ترکیبات مونو و هیبریدی نشان دهنده اختلاف 6% در غلظت 0. 1 wt% و دمای 4 درجه سانتی گراد می باشد. ویژگی افزایش حرارت با افزودن نانو ذرات بیانگر این است که این نانو سیال جدید ترکیبی می تواند به عنوان ابزاری برای انتقال گرما باشد.

Abstract

Graphene based nanofluids are getting more attention among researchers due to their exceptional thermal conductivity. In the present study, stable hybrid nanofluids were produced by dispersing graphene nanoplatelets (GnPs) and titanium dioxide (TiO2) in a mixture of distilled water and ethylene glycol (DW/EG) using a two-step method. For comparison purpose, GnPs were dispersed into the same base fluid and labelled as mono nanofluid. The impact of different surfactants and sonication time on nanofluids’ stability was determined by sedimentation method, zeta potential analysis, and absorbency test. It was observed that the addition of hexadecyltrimethylammonium bromide (CTAB) showed the highest degree of stability in all analyses, with minimal sedimentation up to 40 days. Thermophysical properties of nanofluids with CTAB were measured from 30 °C to 70 °C at 0.1, 0.075, 0.05, and 0.025 wt% concentrations of nanoparticles. The maximum thermal conductivity enhancement of base fluid was found to be 23.74% when 0.1 wt% of COOH-GnP was added at 60 °C. Hybrid nanofluid showed higher thermal conductivity than mono nanofluid at all concentration and temperature ranged from 30 to 50 °C. Both mono and hybrid nanofluids showed Newtonian behaviour in which shear stress increased linearly with increasing shear rate. Mono nanofluid with 0.1 wt% concentration showed the highest viscosity at 40 °C, which was 32.54% and 4.85% higher than base fluid and 0.1 wt% hybrid nanofluid, respectively. The enhanced properties of this hybrid nanofluid could be used as an alternate heat transfer medium in an automobile cooling system.

4- Conclusion

The stability, thermal conductivity, and viscosity of (COOH-GnP)- TiO2 nanofluids were determined from 30 °C to 70 °C with four different concentrations (0.025, 0.05, 0.075, and 0.1 wt%). Ultrasonication of 90 min was sufficient to produce highly stable hybrid nanofluids with the addition of CTAB or SDBS. Based on multiple stability analyses, CTAB was found to be the best surfactant to stabilise this hybrid nanofluid. Thermal conductivity of nanofluids increased with both temperature and concentration of nanoparticles, with the most significant enhancement (23.74%) observed at 60 °C and 0.1 wt%. Hybrid nanofluid showed higher thermal conductivity than COOH-GnP nanofluid at all concentration with lower temperature (30 to 50 °C), which means mono nanofluid surpass hybrid nanofluid at 60 °C (all concentration). High thermal conductivity of COOH-GnP was found to be the dominant factor to enhance thermal behaviour of both mono and hybrid nanofluids. Shear stress was increased when nanoparticles were added into the base fluid. Viscosity of both mono and hybrid nanofluids showed about 6% of difference at 0.1 wt% concentration and 40 °C working temperature. The enhanced thermal property by adding nanoparticles suggested this novel hybrid nanofluid could be used as an alternate heat transfer medium.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

تأثیر مواد سطحی مختلف و زمان تابش فراصوت بر پایداری و خصوصیات ترموفیزیکی نانوسیالات ترکیبی

Impact of different surfactants and ultrasonication time on the stability and thermophysical properties of hybrid nanofluids

بررسی عددی جریان چند لایه و انتقال حرارت نانوسیالات غیر نیوتنی در محیط متخلخل

Numerical investigation of laminar flow and heat transfer of non-Newtonian nanofluid within a porous medium

چکیده

1- مقدمه

2- معرفی مسئله

3- معادلات حاکم

3-1 خواص ترموفیزیکی

3-2 فرآیند حل

3-3 استقلال از شبکه

3-4اعتبارسنجی

4- نتایج و بحث

5- نتیجه‌گیری

چکیده

در این تحقیق، بررسی جامع جریان آرام و انتقال حرارت یک نانوسیال غیرنیوتنی شبه‌پلاستیک (Al2O3+CMC) در داخل ناحیه‌ی متخلخل دایره‌های هم‌مرکز ارائه شده است. اثر کسر حجمی نانوذرات، عدد رینولدز، عدد دارسی و نسبت ضخامت مورد بررسی قرار گرفته است. شبیه‌سازی‌ها برای اعداد رینولدز و اعداد دارسی در محدوده‌ی 100<Re<300 و 10-4<Da<10-2 انجام گرفته است. نتایج نشان می‌دهد که تأثیر لایه‌ی متخلخل نسبت به اعداد رینولدز در افزایش ضریب انتقال حرارت جابجایی بیشتر است؛ چون در یک کسر حجمی مشخص، محیط متخلخل در مقایسه با افزایش عدد رینولدز، نقش پر رنگ‌تری در افزایش انتقال حرارت دارد. همچنین برای یک کسر حجمی مشخص و برای یک تخلخل ثابت، کاهش نفوذپذیری منجر به افزایش عدد دارسی و پروفیل سرعت می‌شود. زمانی که ضخامت لایه‌ی متخلخل در یک مقدار ثابت تخلخل و نفوذپذیری افزایش یابد؛ سرعت نانوسیال در یک عدد رینولدز ثابت افزایش پیدا می‌کند؛ افزایش ضخامت لایه‌ی متخلخل سبب زیاد شدن ضریب انتقال حرارت می‌شود. علاوه بر این، در یک عدد رینولدز ثابت و ضخامت مشخص، با افزایش عدد دراسی، ضریب انتقال حرارت و عدد ناسلت بیشتر می‌گردد. همچنین اگر در مقادیر ثابت نفوذپذیری و تخلخل، ضخامت لایه‌ی متخلخل افزایش پیدا کند، سرعت نانوسیال بیشتر شده و موجب به حداکثر رسیدن افت فشار می‌گردد.

5- نتیجه‌گیری

در این تحقیق، یک مطالعه‌ی جامع بر روی جریان آرام و نرخ انتقال حرارت نانوسیال غیرنیوتنی شبه پلاستیک (Al2O3+CMC) در درون محیط متخلخل دایره‌ای انجام گرفت. شبیه‌سازی برای اعداد رینولدز و اعداد دارسی مختلف در محدوده‌ی 100<Re<300 و 10-4<Da<10-2 انجام شد. نتایج زیر از انجام شبیه‌سازی‌ها حاصل شده است: – در یک نفوذپذیری ثابت، قسمت زیادی از سیال به قسمت بدون تخلخل وارد می‌شود و همچنین در ناحیه‌ی دارای مقاومت کم، ضخامت لایه‌ی تخلخل بیشتر می‌شود. – در یک کسر حجمی مشخص برای یک تخلخل ثابت، کاهش نفوذپذیری منجر به افزایش سرعت دارسی و پرفیل سرعت می‌شود. وقتی که در یک نفوذپذیری و تخلخل ثابت، ضخامت لایه‌ی تخلخل بیشتر شود، سرعت نانوسیال افزایش پیدا می‌کند. – وقتی که ضخامت لایه‌ی تخلخل افزایش پیدا می‌کند، سهم ناحیه‌ی بدون تخلخل کم می‌شود و عدد ناسلت به‌طور ناگهانی زیاد می‌گردد. – در یک کسر حجمی مشخص، لایه‌ی محیط متخلخل در مقایسه با عدد رینولدز، نقش بیشتری در انتقال حرارت دارد. – در عدد ناسلت برای Kr=5 یک افزایش 91/1% در مقایسه با حالتی که مواد متخلخل وجود ندارد، به‌دست آمد.

Abstract

In this study, comprehensive study of laminar flow and heat transfer of pseudo-plastic non-Newtonian nanofluid (Al2O3 + CMC) within the porous circular concentric region is presented. The effect of volume fraction of nanoparticles, Reynolds number, Darcy number, thickness ratio is studied. Simulations for different Reynolds numbers and Darcy numbers in the range of 100 ≤ Re ≤ 300 and 10− 4 ≤ Da ≤ 10− 2 are done. The results show that the effect of the porous layer on increasing the convective heat transfer coefficient is larger than the Reynolds number, since, at a given volume fraction, the porous medium plays a greater role in increasing the heat transfer compared to the increasing Reynolds number. Also, at a given volume fraction and for a fixed porosity, decreases in the permeability leads to increased Darcy velocity and, consequently, velocity profile. As the thickness of the porous layer increases at fixed values of permeability and porosity, the velocity of the nanofluid is also increased in a constant Reynolds number, by increasing the thickness of the porous media, heat transfer coefficient increases. In addition, at a specified thickness and constant Reynolds number, by increasing the Darcy number, the heat transfer coefficient and the Nusselt number increases. Moreover, as the thickness of the porous layer increases at fixed values of permeability and porosity, the velocity of the nanofluid is also increased; this consequently maximizes the pressure drop.

5- Conclusion

In this paper, the comprehensive study of laminar flow and heat transfer of pseudo-plastic non-Newtonian nanofluid (Al2O3 + CMC) within the porous circular concentric is investigated. Simulations for different Reynolds numbers and Darcy numbers in the range of 100≤Re ≤300 and 10−4≤Da≤10−2 are done. The following results can be deduced from our simulation: • At a fixed permeability, a larger portion of the fluid is rejected to the clean region, i.e. the region of lower resistance, as the thickness of the porous layer increases • At a given volume fraction and for a fixed porosity, decreases in the permeability leads to increased Darcy velocity and, consequently, velocity profile. As the thickness of the porous layer increases at fixed values of permeability and porosity, the velocity of the nanofluid is also increased; • As the thickness of the porous layer increases, the occupied share of the clean region is gradually decreased and hence the Nusselt number is abruptly increased. • At a given volume fraction, the porous medium plays a greater role in increasing the heat transfer compared to the increasing Reynolds number. • An increase of 1.91% is achieved in the Nusselt number for Kr = 5 compared to the case where no porous material is present. The extension of this paper for nanofluid according our previous works [41–93] affords engineers a good option for micro and nano simulation.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

بررسی عددی جریان چند لایه و انتقال حرارت نانوسیالات غیر نیوتنی در محیط متخلخل

Numerical investigation of laminar flow and heat transfer of non-Newtonian nanofluid within a porous medium

تاثیر سرعت و ابعاد نانو ذرات جامد بر انتقال حرارت در نانوسیال غیر نیوتنی

The effect of velocity and dimension of solid nanoparticles on heat transfer in non-Newtonian nanofluid

چکیده

1- مقدمه

2- مدل ریاضی

2-1 بیان مسأله

3- معادلات حاکم

4- خواص و روش‌ها

5- بررسی استقلال از شبکه‌

6- تجزیه و تحلیل نتایج

6-1 اعتبار‌سنجی

7- نتیجه‌گیری

چکیده

در این تحقیق، رفتار هیدرودینامیکی نانوسیال‌های غیرنیوتنی و انتقال حرارت شبیه‌سازی شده است. در این مطالعه، به‌صورت عددی جریان آرام جابجایی اجباری نانوسیال غیرنیوتنی حاوی 5/0% وزنی محلول کربوکسی‌متیل‌سلولز (CMC) در آب به‌عنوان سیال پایه با آلومینا در کسر حجمی 5/0 و 5/1 به‌عنوان نانو‌ذرات جامد، شبیه‌سازی شده است. روش حل عددی در سیستم مختصات دکارتی در یک میکرو‌کانال دوبعدی مدل‌سازی شده و محدوده‌ی اعداد رینولدز بین 10 تا 1000 متغییر بوده است. هندسه‌ی مورد تحلیل شامل بخشی از یک مستطیل می‌باشد که دیوارهای بالا و پایین آن تحت تاثیر دمای ثابت قرار گرفته‌اند. اثر کسر حجمی نانوذرات، عدد رینولدز و نانوسیال‌های غیرنیوتنی مورد بررسی قرار گرفته است. در این تحقیق مشخص شده است که تغییرات افت فشار، عدد ناسلت، ضریب انتقال حرارت و دمای بدون بعد، به دلیل حرکت نانوسیال‌های غیرنیوتنی ایجاد شده است. نتایج نشان می‌دهد که افزایش کسر حجمی نانوذرات جامد و کاهش قطر نانوذرات موجب بهبود انتقال حرارت می‌شود که این مسئله در عدد رینولدز نمود بیشتری دارد. نتایج پارامترهای معرفی شده به‌صورت نمودار رسم شده و برای پارامترهای مختلف مقایسه شده است.

7- نتیجه‌گیری
در این پژوهش، جریان آرام سیال آب/ CMC- آلومینا برای نانوذرات جامد (آلومینا) حاوی کسر حجمی 5/0% و 5/1% که به حالت معلق در محلول غیرنیوتنی شامل 5/0% غلظت CMC وجود دارد، بررسی شده است. در این تحقیق از فرآیند دینامیک سیال محاسباتی استفاده شده و رفتار حرارتی سیال آرام غیرنیوتنی در یک مستطیل دوبعدی با استفاده از یک شبکه منتظم و الگوریتم سیمپل C با بهره‌گیری از گسسته‌سازی درجه دوم مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور تعیین ویسکوزیته‌ی دقیق سیال از مدل قانون توانی برای سیالات غیرنیوتنی استفاده شده است. نتایج نشان داده است که افزایش کسر حجمی نانوسیال جامد منجر به بیشتر شدن انتقال حرارت، سرعت، عدد ناسلت و افت فشار شده است. علاوه بر این، حضور نانوذرات جامد تاثیر زیادی بر افزایش اعداد ذکر شده از قبیل رینولدز دارد که می‌تواند منجر به افزایش مکانیزم انتقال حرارت میکرونی و ترکیب بهتر جریان نانوسیال در اعداد رینولدز باشد. استفاده از نانوذرات جامد با قطر کوچک‌تر، تاثیر خوبی بر افزایش انتقال حرارت، کاهش افت فشار و تغییر مقادیر دمای بدون‌بعد در سطح مقطع‌های مختلف میکروکانال داشته است. گسترش این مقاله برای نانوسیال‌ها با توجه به کارهای قبلی ما [47-62]، مهندسین را برای شبیه‌سازی جریان آشفته در این هندسه ترغیب می‌کند.

Abstract

In this investigation, the behavior of non-Newtonian nanofluid hydrodynamic and heat transfer are simulated. In this study, we numerically simulated a laminar forced non-Newtonian nanofluid flow containing a 0.5 wt% carboxy methyl cellulose (CMC) solutionin water as the base fluid with alumina at volume fractions of 0.5 and 1.5 as the solid nanoparticle. Numerical solution was modelled in Cartesian coordinate system in a two-dimensional microchannel in Reynolds number range of 10≤Re≤1000. The analyzed geometrical space here was a rectangular part of whose upper and bottom walls was influenced by a constant temperature. The effect of volume fraction of the nanoparticles, Reynolds number and non-Newtonian nanofluids was studied. In this research, the changes pressure drop, the Nusselt number, dimensionless temperature and heat transfer coefficient, caused by the motion of non-Newtonian nanofluids are described. The results indicated that the increase of the volume fraction of the solid nanoparticles and a reduction in the diameter of the nanoparticles would improve heat transfer which is more significant in Reynolds number. The results of the introduced parameters in the form of graphs drawing and for different parameters are compared.

7- Conclusion

The laminar flow of the fluid water/CMC-alumina for volume fractions of 0.5% and 1.5% of solid nanoparticle (alumina) suspended in a non-Newtonian dissolution made of 0.5% concentration of CMC was studied. In this research, calculative fluid dynamics and laminar heat transfer behavior of the non-Newtonian fluid in rectangular twodimensional using an organized mesh and Simple C algorithm and second order discretization were all studied. To determine a more accurate viscosity of the fluid, the power-law was used to draw the nonNewtonian fluid. The results indicated that an increase in volume fraction of the solid nanofluid lead to an upward trend in heat transfer, rate, Nusselt number and pressure loss. Furthermore, the presence of solid nanoparticle had a great impact on the increase of the abovementioned especially Reynolds number which can be a result of boosting micronic heat transfer mechanisms and a better combination of nanofluid flow in higher Reynolds number. The use of solid nanoparticles with a smaller diameter had a good effect on the increase in heat transfer, decrease in pressure loss, and economized variation of dimensionless temperature in different sections of the microchannel. The extension of this paper for nanofluids according our previous works [47–62] affords engineers a good option for turbulent jet impingement simulation.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

تاثیر سرعت و ابعاد نانو ذرات جامد بر انتقال حرارت در نانوسیال غیر نیوتنی

The effect of velocity and dimension of solid nanoparticles on heat transfer in non-Newtonian nanofluid

افزایش هدایت حرارتی (SiO2-MWCNT (85:15 – نانو سیال های هیبرید EG

Thermal conductivity enhancement of SiO2–MWCNT (85:15 %)– EG hybrid nanofluids

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

افزایش هدایت حرارتی (SiO2-MWCNT (85:15

Thermal conductivity enhancement of SiO2–MWCNT (85:15 %)– EG hybrid nanofluids

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

جابجایی آزاد نانوسیال مغناطیسی با در نظر گرفتن اثر ويسكوزيته وابسته به ميدان مغناطيسي

Free convection of magnetic nanofluid considering MFD viscosity effect

چکیده

1- مقدمه

2- تعریف هندسه و شرایط مرزی

3- مدل‌سازی ریاضی و روش عددی

3-1- تعریف مسئله

3-2- روش عددی

4- بررسی شبکه و اعتبارسنجی کد

5- نتایج و بحث

6- نتیجه‌گیری

منابع

چکیده

در اين تحقيق، اثر ويسكوزيته‌ی وابسته به ميدان مغناطيسي (MFD) در انتقال حرارت جابجایی آزاد نانوسيال در یک محفظه بررسي شده است. دیوار پایین دارای عناصر گرمایی ثابت است. با توجه به حرکت براونی، مدل نانوسیال تک‌فاز مورد استفاده قرار می‌گیرد. روش کنترل محدود براساس روش المان محدود برای شبیه‌سازی این مسئله استفاده می‌شود. اثرات پارامتر ویسکوزیته، عدد هارتمن و رایلی بر رفتار گرمایی بررسی شده است. نتایج نشان می‌دهد که عدد ناسلت یک تابع افزایشی بر روی عدد رایلی و کسر حجمی نانوذرات دارد، در حالی که پارامتر ویسکوزیته و عدد هارتمن یک عملکرد کاهنده دارند. همچنین می‌توان دریافت که کاهش عدد ناسلت به دلیل اثر ویسکوزیته MFD برای عدد رایلی بالا و عدد هارتمن کم، بسیار حساس است.

6- نتیجه‌گیری

اثر ویسکوزیته‌ی MFD بر روی رفتار گرمایی نانوسیال هیدرودینامیکی مغناطیسی به‌صورت عددی با استفاده از حجم کنترل براساس روش حجم محدود مورد بررسی قرار گرفته است. دیواره‌ی پایینی دارای المان شار حرارتی ثابت است. حرکت براونی به مدل نانوسیال اضافه شده است. این هندسه می‌تواند به‌عنوان یک سیستم خنک‌کننده‌ی الکتریکی در نظر گرفته شود. نتایج نشان می‌دهد که عدد ناسلت با افزایش عدد رایلی و کسر حجمی نانوذرات زیاد شده، اما با افزایش پارامتر ویسکوزیته و عدد هارمتن، مقدار آن کاهش پیدا می‌کند. همچنین می‌توان نتیجه گرفت که کاهش انتقال حرارت به دلیل ویسکوزیته‌ی MFD است که تابعی از افزایش عدد رایلی و کاهش عدد هارتمن است.

Abstract

In this study effect of magnetic field dependent (MFD) viscosity on free convection heat transfer of nanofluid in an enclosure is investigated. The bottom wall has constant flux heating element. Single phase nanofluid model is utilized considering Brownian motion. Control Volume based Finite Element Method is applied to simulate this problem. The effects of viscosity parameter, Hartmann number and Rayleigh number on hydrothermal behavior have been examined. Results show that Nusselt number is an increasing function of Rayleigh number and volume fraction of nanoparticle while it is a decreasing function of viscosity parameter and Hartmann number. Also it can be found that reduction of Nusselt number due to MFD viscosity effect are more sensible for high Rayleigh number and low Hartmann number.

6- Conclusions

MFD viscosity effect on magnetohydrodynamic nanofluid hydrothermal behavior is investigated numerically using the Control Volume based Finite Element Method. The bottom wall has constant flux heating element. Brownian motion is taken in to accountant in nanofluid model. This geometry can be considered as a system for the cooling of electronic components. Results indicate that Nusselt number increases with enhance of Rayleigh number and volume fraction of nanoparticle while it decreases with increase of viscosity parameter and Hartmann number. Also it can be concluded that reduction in heat transfer due to MFD viscosity is an increasing function of Rayleigh number but it is a decreasing function of Hartmann number.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

جابجایی آزاد نانوسیال مغناطیسی با در نظر گرفتن اثر ويسكوزيته وابسته به ميدان مغناطيسي

Free convection of magnetic nanofluid considering MFD viscosity effect

شبیه سازی عددی و تحلیل حساسیت پارامترهای موثر بر روی انتقال گرما و همگنی نانو سیال AL2O3 در کانال هایی که از DPM و RSM استفاده می کنند

Numerical simulation and sensitivity analysis of effective parameters on heat transfer and homogeneity of Al2O3 nanofluid in a channel using DPM and RSM

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

شبیه سازی عددی و آنالیز حساسیت پارامترهای اثرگذار بر انتقال حرارت و همگنی نانو سیال   در کانال ¬های مورد استفاده DPM و RSM 

Numerical simulation and sensitivity analysis of effective parameters on heat transfer and homogeneity of Al2O3 nanofluid in a channel using DPM and RSM

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

افزایش انتقال حرارت با استفاده از نانوسیالات در سیستم خنک کننده خودرو

Heat transfer enhancement using nanofluids in an automotive cooling system

چکیده

1- مقدمه

2- کار آزمایشگاهی

2-1 روند و مراحل کار آزمایشگاهی

2-2 جمع‌آوری داده‌های تجربی

3- نتایج و بحث

طراحی انجام آزمایش و تحلیل داده‌ها

ANOVA برای عدد ناسلت

اثرات اصلی پارامترها بر روی عدد ناسلت

4- نتیجه‌گیری

چکیده

افزایش تقاضا برای استفاده از نانوسیال‌ها در کاربردهای صنعتی سبب توجه بیشتر بسیاری از محققان شده است. در این مطالعه، بررسی افزایش انتقال حرارت با استفاده از نانوپودرهای معلق TiO2 و SiO2 در آب خالص انجام شده است. آزمایش بر روی رادیاتور یک ماشین انجام می‌گیرد و اثرات افزایش انتقال حرارت در جریان آرام برای شرایط عملیاتی مختلف بررسی می‌شود. نرخ جریان حجمی، دمای ورودی و غلظت حجمی نانوذرات به ترتیب در محدوده‌ی 2-8 LPM، 60 الی 80 درجه سانتیگراد و 1 الی 2% بوده است. نتايج نشان داد که عدد ناسلت با افزایش نرخ جريان حجمي، دماي ورودي و غلظت حجمی نانوسيال افزايش یافته است. معادله‌ی رگرسيون براي ورودي (نرخ جريان حجمي، دماي ورودي و غلظت حجمی نانوسيال) و پاسخ (عدد نسالت) به‌دست آمده است. نتایج حاصل از بررسی نشان می‌دهد که پارامترهای ورودی تأثیر قابل توجهی بر افزایش انتقال حرارت در رادیاتور ماشین دارند. این نتایج تجربی با نتایج سایر محققان مطابقت خوبی دارد و این نتایج تنها 4% با هم اختلاف دارند.

4- نتیجه‌گیری

در این مطالعه، اثر افزایش انتقال حرارت جابجایی اجباری به وسیله‌ی ذرات معلق TiO2-W و SiO2-W در آب به‌عنوان سیال پایه در داخل لوله‌ی مسطح مسی در یک سیستم خنک‌کننده‌ی اتومبیل مورد بررسی قرار گرفته است. مشاهده گردید که انتقال حرارت با زیاد شدن غلظت نانوذرات افزایش پیدا می‌کند.حداکثر عدد ناسلت برای نانوسیال TiO2-W و SiO2-W به ترتیب 11% و 5/22% افزایش پیدا کرد. نتایج تجربی نشان می‌دهد که رفتار عدد ناسلت در نانوسیال تاحد زیادی بستگی به نرخ جریان حجمی، دمای ورودی و کسر حجمی نانوسیال دارد. بررسی نتایج همچنین بیانگر این واقعیت است که نانوسیال SiO2-W انتقال حرارت بیشتری از نانوسیال TiO2-W تولید می‌کند؛ از سویی دیگر، افزایش انتقال حرارت در نانوسیال TiO2-W بیشتر از آب خالص است. نتایج به‌دست آمده، همچنین نشان می‌دهد که نانوسیال TiO2-W و SiO2-W دارای پتانسیل بیشتری برای افزایش انتقال حرارت هستند و برای فرآیندهای صنعتی و عملی کارآیی بیشتری دارند. پارمترهای ورودی و خروجی برای مدل آماری مولفه‌های سیستم خنک‌کننده به‌دست آمده است. این مدل با استفاده از نرم‌افزار آماری که از روش رگرسیون خطی چندگانه و روش فاکتوریل (FM) بهره می‌برد، حاصل شده است. مدل‌های آماری تعریفی از میزان تأثیر نرخ جریان حجمی، دمای ورودی و کسر حجمی بر روی عدد ناسلت ارائه می‌دهند. بیشترین انتقال حرارت در سیستم خنک‌کننده می‌تواند با استفاده از مقادیر پارمترهایی که سبب تولید بیشترین عدد ناسلت شده‌اند، حاصل شود. مشاهده شده است که بیشترین انتقال حرارت با استفاده از TiO2-W و SiO2-W در سیستم خنک‌کننده همخوانی قابل قبولی با داده‌های تجربی گزارش شده توسط مرجع ]24، 25[ دارد و این نتایج با داداه‌های مرجع ]22[ تقریبا فقط 2 الی 4 درصد انحراف دارد.

Abstract

The increasing demand of nanofluids in industrial applications has led to increased attention from many researchers. In this paper, heat transfer enhancement using TiO2 and SiO2 nanopowders suspended in pure water is presented. The test setup includes a car radiator, and the effects on heat transfer enhancement under the operating conditions are analyzed under laminar flow conditions. The volume flow rate, inlet temperature and nanofluid volume concentration are in the range of 2–8 LPM, 60–80 °C and 1–2% respectively. The results showed that the Nusselt number increased with volume flow rate and slightly increased with inlet temperature and nanofluid volume concentration. The regression equation for input (volume flow rate, inlet temperature and nanofluid volume concentration) and response (Nusselt number) was found. The results of the analysis indicated that significant input parameters to enhance heat transfer with car radiator. These experimental results were found to be in good agreement with other researchers’ data, with a deviation of only approximately 4%.

4- Conclusions

The forced convection heat transfer enhancement by TiO2 and SiO2 suspended in water as a base fluid inside the flat copper tubes of an automotive cooling system has been measured. Significant heat transfer enhancement was observed and was associated with the concentration of the nanoparticles. Maximum Nusselt number enhancements of up to 11% and 22.5% were obtained for TiO2 and SiO2 nanoparticles, respectively, in water. The experimental results showed that the Nusselt number behaviors of the nanofluids highly depended on the volume flow rate, inlet temperature and nanofluid volume concentration. The results showed that the SiO2 nanofluid produces a higher heat transfer enhancement than the TiO2 nanofluid; likewise, TiO2 nanofluid enhanced heat transfer more than pure water. The results also proved that TiO2 and SiO2 nanofluid have a high potential for heat transfer enhancement and are highly appropriate for industrial and practical applications. The input and output parameters have been tabulated to develop statistical models of cooling system components. These models have been obtained from statistical software using multiple linear regression methods and factorial methodology (FM). The statistical models deduced defined the degree of influence of the volume flow rate, inlet temperature and volume concentration on the Nusselt number. Significant heat transfer augmentation of the cooling system may be achieved by using the highest values of parameters that produce high values of the Nusselt number. The observed heat-transfer enhancements using TiO2–W and SiO2–W in the cooling system were in good agreement with the experimental data reported by [24,25] and correlate with that of [22] with a deviation of approximately 2–4%.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

افزایش انتقال حرارت با استفاده از نانوسیالات در سیستم خنک کننده خودرو

Heat transfer enhancement using nanofluids in an automotive cooling system

درباره مدل جریان سه بعدی نانوسیم: یک برنامه کاربردی برای انرژی خورشیدی

On model for three-dimensional flow of nanofluid: An application to solar energy

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

درباره مدل جریان سه بعدی نانوسیم: یک برنامه کاربردی برای انرژی خورشیدی

On model for three-dimensional flow of nanofluid: An application to solar energy

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

بررسی کارآیی رادیاتور اتومبیل با خنک کننده های مبتنی بر نانوسیال (نانوسیال یک خنک کننده در رادیاتور)

Performance investigation of an automotive car radiator operated with nanofluid-based coolants (nanofluid as a coolant in a radiator)

چکیده

1- مقدمه

2- نقش نانوسیالات در افزایش هدایت حرارتی

3- نقش نانوسیالات در افزایش انتقال حرارت جابجایی اجباری و افت فشار مرتبط

4- داده های ورودی و مشخصه های عملیاتی

5- فرمول بندی ریاضی اتیلن گلیکول حاوی نانوسیالات مس در رادیاتور اتومبیل

5-1 محاسبات جانبی هوا

5-2 محاسبات جانبی نانوسیال

5-3 شرایط آزمایش

6- نتایج و بحث

6-1 تاثیر کسر حجمی ذارت مس بر روی هدایت گرمایی یک رادیاتور اتومبیل

6-2 تاثیر عدد زینولدز بر روی عملکرد گرمایی یک رادیاتور

6-3 تاثیر عدد رینولدز خنک‌کننده بر روی عملکرد گرمایی یک رادیاتور

6-4 مقایسه افت فشار خنک کننده

7- نتیجه‌گیری

چکیده

سال‌های زیادی است که به‌طور گسترده از آب و اتیلن گلیکول به‌عنوان خنک‌کننده‌های معمولی در رادیاتور اتومبیل‌ها استفاده می‌شود. این سیال‌های انتقال حرارت، هدایت حرارتی کمی دارند. با توسعه‌ی فناوری نانو، نوع جدیدی از سیالات انتقال حرارت تولید شد که به‌نام نانوسیالات شناخته می‌شوند، با توسعه و انجام تحقیقات مشاهده گردید که این سیالات در مقایسه با خنک‌کننده‌های معمولی، هدایت گرمایی بالاتری دارند. این مطالعه بر روی کاربرد اتیلن گلیکول حاوی نانوسیالات مس در سیستم خنک‌کننده‌ی اتومبیل متمرکز شده است. به منظور بررسی افزایش انتقال حرارت در رادیاتور یک اتومبیل براساس عمل کردن خنک‌کننده‌ها به‌عنوان نانوسیال، داده‌های ورودی مرتبط، خواص نانوسیال و روابط تجربی از منابع مختلف به‌دست آمده است. در این تحقیق، مشاهده شده است که ضریب انتقال حرارت کلی و نرخ انتقال حرارت در سیستم خنک‌کننده‌ی موتور با استفاده از نانوسیالات (اتیلن گلیکول به‌عنوان سیال پایه) در مقایسه با اتیلن گلیکول خالص (یعنی سیال پایه) افزایش پیدا کرده است. همچنین ملاحظه گردید که حدود 8/3% افزایش انتقال حرارت با اضافه کردن 2% ذرات مس در سیال پایه برای عدد رینولدز 6000 و 5000 به ترتیب برای هوا و خنک‌کننده حاصل شده است. علاوه بر این، کاهش مساحت جانبی هوا تخمین زده شده است.

7- نتیجه‌گیری
نتایج زیر از این مطالعه می‌تواند استخراج گردد:
الف) نرخ انتقال حرارت با افزایش غلظت نانوذرات (در محدوده‌ی صفر الی 2%) افزایش می‌یابد. با اضافه کردن 2% ذرات مس در عدد رینولدز 6000 و 5000 به ترتیب برای هوا و خنک‌کننده، انتقال حرارت نزدیک 8/3% بیشتر می‌شود.
ب) عملکرد گرمایی رادیاتور با استفاده از نانوسیال اتیلن‌گلیکول با اعداد رینولدز هوا و خنک‌کننده بیشتر می‌گردد. انتقال حرارت نزدیک 7/42% و 2/45% به ترتیب برای اتیلن‌گلیکول خالص و اتیلن‌گلیکول همراه با 2% نانوذرات مس وقتی که عدد رینولدز هوا از 4000 به 6000 افزایش یابد، بیشتر می‌گردد. زمانی که عدد رینولدز خنک‌کننده از 5000 به 7000 برسد، انتقال حرارت فقط 9/0% و 4/0% به ترتیب برای اتیلن‌گلیکول خالص و اتیلن‌گلیکول همراه با 2% نانوذرات مس زیادتر می‌شود.
ج) با اضافه کردن 2% ذرات مس در عدد رینولدز 6000 و 5000 به ترتیب برای هوا و خنک‌کننده، مساحت جانبی هوا نزدیک 7/18% کاهش یافته است.
د) ایجاد یک قدرت پمپاژ 13/12% نیازمند آن است که رادیاتور از نانوسیال حاوی 2% ذرات مس در نرخ جریان حجمی خنک‌کننده‌ی 0.2 m3/s در مقایسه با همان رادیاتور که فقط از خنک‌کننده‌ی اتیلن‌گلیکول بهره می‌برد، استفاده کند.

Abstract

Water and ethylene glycol as conventional coolants have been widely used in an automotive car radiator for many years. These heat transfer fluids offer low thermal conductivity. With the advancement of nanotechnology, the new generation of heat transfer fluids called, “nanofluids” have been developed and researchers found that these fluids offer higher thermal conductivity compared to that of conventional coolants. This study focused on the application of ethylene glycol based copper nanofluids in an automotive cooling system. Relevant input data, nanofluid properties and empirical correlations were obtained from literatures to investigate the heat transfer enhancement of an automotive car radiator operated with nanofluid-based coolants. It was observed that, overall heat transfer coefficient and heat transfer rate in engine cooling system increased with the usage of nanofluids (with ethylene glycol the basefluid) compared to ethylene glycol (i.e. basefluid) alone. It is observed that, about 3.8% of heat transfer enhancement could be achieved with the addition of 2% copper particles in a basefluid at the Reynolds number of 6000 and 5000 for air and coolant respectively. In addition, the reduction of air frontal area was estimated.

7- Conclusion

Following conclusions can be drawn from this study:

(a) Heat transfer rate is increased with increase in volume concentration of nanoparticles (ranging from 0% to 2%). About 3.8% heat transfer enhancement was achieved with addition of 2% copper particles at 6000 and 5000 Reynolds number for air and coolant respectively.

(b) Thermal performance of a radiator using nanofluid or ethylene glycol coolant is increased with air and coolant Reynolds number.About 42.7% and 45.2% heat transfer enhancement were observed for pure ethylene glycol and ethylene glycol with 2% of copper nanoparticles respectively when air Reynolds number was increased from 4000 to 6000. Only 0.9% and 0.4% heat transfer enhancement were observed for pure ethylene glycol and ethylene glycol with 2% copper nanoparticles respectively when coolant Reynolds number was increased from 5000 to 7000.

(c) Estimated 18.7% reduction of air frontal area is achieved by adding 2% copper nanoparticles at Reynolds number of 6000 and 5000 for air and coolant respectively.

(d) Additional 12.13% pumping power is needed for a radiator using nanofluid of 2% copper particles at 0.2 m3 /s coolant volumetric flow rate compared to that of the same radiator using only pure ethylene glycol coolant.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

بررسی کارآیی رادیاتور اتومبیل با خنک کننده های مبتنی بر نانوسیال (نانوسیال یک خنک کننده در رادیاتور)

Performance investigation of an automotive car radiator operated with nanofluid-based coolants (nanofluid as a coolant in a radiator)