عنوان پایان‌نامه
مدلسازی رفتار رئولوژیکی و خواص انتقالی نانو سیالات حرارتی
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی گرایش فرایندهای جداسازی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه کاسپین شماره ثبت: K96
- تاریخ دفاع
- ۲۸ شهریور ۱۳۹۶
- دانشجو
- علی وکیلی نژاد
- استاد راهنما
- حسین بهمنیار, محمد علی آرون
- چکیده
- چکیده در این پایان‌نامه هدف مدلسازی رفتار رئولوژیکی و نیز خواص انتقالی نانوسیالاتی بود که کاربرد اصلی آنها در فرایندهای انتقال حرارت می‌باشد. از آنجایی که ضریب هدایت حرارتی و گرانروی مهمترین خواص برای انتخاب این گونه سیالات برای فرایندهای انتقال حرارات هستند، در دست داشتن مدل‌های ریاضی برای پیش بینی این دو خاصیت ترموفیزیکی نانوسیالات بسیار حائز اهمیت است و این امر هدف اصلی این کار پژوهشیست. نانوسیالات از پراکندن نانوذرات در سیال پایه که در این تحقیق سیال پایه آب دییونیزه بود تهیه شدند. در این تحقیق سه نوع نانوسیال مورد مطالعه قرار گرفتند که متشکل از پراکندگی نانوذرات آلومینیوم اکسید (Al_2 O_3) ، تیتانیوم اکسید (TiO_2) و گرافن در آب دییونیزه بودند. ترکیب‌درصد نانوذرات در دو نانوسیال اول از 01/0 تا 04/0? وزنی و در نانوسیال گرافن – آب از 05/0 تا 1? وزنی متغیر بود. پیش از انجام آزمایش‌های اصلی که مربوط به اندازه‌گیری ضریب هدایت حرارتی و گرانروی این نانوسیالات بود، آنالیز پایداری برای حصول اطمینان از پایداری نانوسیالات انجام شد. ضریب هدایت حرارتی و همچنین گرانروی سینماتیک نانوسیالات تهیه شده در دماهای 25 تا °C 65 در فواصل دمایی 10 درجه سانتیگراد اندازه‌گیری شد. در دماهای یاد شده ضریب هدایت حرارتی و گرانروی آب خالص نیز اندازه‌گیری شد. بدین ترتیب نسبت ضریب هدایت حرارتی و گرانروی نانوسیالات (نسبت ضریب هدایت حرارتی و گرانروی نانوسیالات به ضریب هدایت حرارتی و گرانروی آب خالص) در دماهای مختلف به دست آمده و با نتایج پیش‌بینی شده توسط برخی مدل‌های شناخته شده‌ی پیشین مقایسه شدند و درصد خطای هر مدل برای پیش‌بینی نسبت هدایت حرارتی و گرانروی نانوسیالات مورد مطالعه در هر دما و ترکیب درصد محاسبه و ارائه شد. دیده شد که درصد خطا در این پیش‌بینی‌ها از 0 تا بالای 100 درصد متغیر است. برخی از این معادلات قطر نانوذرات پخش شده در سیال پایه را به عنوان پارامتر در خود داشتند که بدین منظور نیز آنالیز لازم برای اندازه گیری قطر نانوذرات بوسیله دستگاه آنالیزگر قطر ذرات روی نانوسیالات تهیه شده انجام شد. تصویربرداری بوسیله‌ی میکروسکوپ روبش الکترونی نیز ثابت‌کننده‌ی صحت نتایج حاصل از آنالیز اندازه‌ی قطر ذرات بود . در آخر نیز با استفاده از ابزار برازش منحنی بر نقاط در نرم‌افزار متلب، معادلاتی ارائه شد که خطای حاصل از آنها در پیش بینی ضریب انتقال حرارت و ویسکوزیته نانوسیالات مورد بررسی در این تحقیق کمینه گشت به طوری که نتایج حاصل از آزمایش و همچنین معادلات ارائه شده در این تحقیق در بدترین حالت مغایرتی با بیش از 30? خطا از خود نشان ندادند. واژه‌های کلیدی: نانوسیال ، نانوذرات ، نسبت ضریب هدایت حرارتی ، نسبت گرانروی ، پتانسیل زتا
- Abstract
- Abstract: In this research, the main aim was to model the behavior of thermal conductivity and viscosity of nanofluids which are mostly applicable in heat transfer systems. Nanofluids were prepared by dispersing nanoparticles in the base fluid which was deionized water in this research. Three types of nanofluids were studied which were the dispersions of Al2O3, TiO2 and graphene nanoparticles in DI water. The concentration of the first two nanofluids were varying from 0.01 to 0.04 wt% and that of the third one was varied from 0.05 to 1 wt%. Two characterizations which were namely X-Ray diffraction and SEM were conducted on the nanofluids in order to certify the coincidence of the structure of the nanoparticles with referenced nanoparticles. Zeta potential analysis was done in order to measure the extent of stability of the nanoparticles in the dispersions. These experiments were done on the materials prior to the main experiments which were to measure the viscosity and thermal conductivity of nanofluids. Thermal conductivity and viscosity of the prepared nanofluids and the DI water were measured at different temperatures ranging from 25 to 65°C in 10°C intervals. Thermal conductivity and viscosity ratio (ratio of the thermal conductivity and viscosity of nanofluids on those of the DI water) of the nanofluids were specified in the mentioned temperatures and were compared with a number of well-known models and percent error of the prediction of the models were calculated for each nanofluid at each temperature and concentration which ranged from the vicinity of zero to above 100%. Some of these equations included the diameter of the nanoparticles as a variable which particle size analyzing was done to measure it. Finally, Matlab® software was used to derive equations which fitted the experimental data gathered from conducted experiments. The percent error of the proposed models for predicting the thermal conductivity and viscosity ratios of the nanofluids were minimized compared to the previously proposed models and did not exceed 30% in the worst case. Keywords: Nanofluid, Nanoparticle, Thermal conductivity ratio, Kinematic viscosity ratio, Zeta potential
