Експериментально-розрахункове дослідження теплофізичних характеристик нанофлюїдів
Вантажиться...
Дата
2017-02-20
Автори
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
ОНАХТ
Анотація
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.14.06 - Технічна теплофізика та промислова теплоенергетика.
Дисертація присвячена комплексному експериментальному дослідженню калоричних властивостей і коефіцієнтів переносу (теплопровідності і в'язкості) модельної системи, що складається з ізопропілового спирту з домішками наночастинок Al₂O₃, дослідженню впливу основних параметрів на теплофізичні властивості нанофлюїдів і розробці простих моделей розрахунку теплоємності, теплопровідності і в'язкості нанофлюїдів на базі доступної інформації , що враховують основні впливові фактори.
В роботі вирішені наступні завдання: розробити й подати створені експериментальні установки для дослідження теплофізичних властивості нанофлюїдів: теплоємності - методами дискретного і монотонного нагріву; теплопровідності - незалежними стаціонарним і нестаціонарним методами нагрітої нитки; в'язкості - капілярним методом; експериментально досліджено вплив наночастинок на теплоємність, теплопровідність і в'язкість модельної системи, що складається з ізопропілового спирту з домішками наночастинок Al₂O₃; вивчено вплив домішок наночастинок Al₂O₃ на зміну теплоємності ізопропілового спирту як в рідкій, так і твердій фазах, а також його температури і теплоти плавлення; проаналізовано основні фактори, що впливають на теплопровідність нанофлюїдів і проведені вимірювання теплопровідності системи ізопропіловий спирт - наночастинки Al₂O₃ двома незалежними методами; досліджено вплив домішок наночастинок на в'язкість систем ізопропіловий спирт - наночастинки Al₂O₃ і компресорне масло - ізопропіловий спирт - наночастинки Al₂O₃; розроблені моделі для прогнозування теплоємності, теплопровідності і в'язкості нанофлюїдів на базі доступної інформації.
Проведені експерименти показали, що домішки наночастинок Al₂O₃ сприяють зменшенню теплоємності ізопропілового спирту як в рідкій, так і твердій фазах, а також призводять до зниження значень температури плавлення і теплоти плавлення. Величина зведеної мольної теплоємності нанофлюїдів збільшується з ростом температури, причому цей ефект спостерігається для різних концентрацій досліджених нанофлюїдів. За результатами дослідження теплопровідності встановлено, що максимальний ефект впливу наночастинок на теплопровідність ізопропілового спирту становить приблизно 12-13% (при концентрації наночастинок 2,6%). В'язкість модельної системи ізопропіловий спирт - наночастинки Al₂O₃ досліджена при різних концентраціях наночастинок і температурах для з'ясування впливу цих факторів на ефективну в'язкість, а також вивчено вплив добавки наночастинок на в'язкість технічно важливою рідини - холодильного компресорного масла. За результатами цих досліджень зроблено висновок про те, що добавка наночастинок істотно збільшує в'язкість базової рідини, а присутність сурфактанта забезпечує протилежний ефект.
Запропоновано нову модель прогнозування теплоємності нанофлюїдів на лінії кипіння, а також моделі для розрахунку теплопровідності і в'язкості нанофлюїдів з частинками Al₂O₃.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.14.06 - Техническая теплофизика и промышленная теплоэнергетика. Диссертация посвящена комплексному экспериментальному исследованию калорических свойств и коэффициентов переноса (теплопроводности и вязкости) модельной системы, состоящей из изопропилового спирта с примесями наночастиц Al₂O₃, исследованию влияния основных параметров на теплофизические свойства нанофлюидов и разработке простых моделей расчёта теплоёмкости, теплопроводности и вязкости нанофлюидов на базе доступной информации, учитывающих основные влияющие факторы. В работе решены следующие задачи: разработаны и созданы экспериментальные установки для исследования теплофизических свойства нанофлюидов: теплоемкости - методами дискретного и монотонного нагрева; теплопроводности - независимыми стационарным и нестационарным методами нагретой нити; вязкости - капиллярным методом; экспериментально исследовано влияние наночастиц на теплоемкость, теплопроводность и вязкость модельной системы, состоящей из изопропилового спирта с примесями наночастиц Al₂O₃; изучено влияние примесей наночастиц Al₂O₃ на изменение теплоемкости изопропилового спирта как в жидкой, так и твердой фазах, а также его температуры и теплоты плавления; проанализированы основные факторы, влияющие на теплопроводность нанофлюидов и проведены измерения теплопроводности системы изопропиловый спирт - наночастицы Al₂O₃ двумя независимыми методами; исследовано влияние примесей наночастиц на вязкость систем изопропиловый спирт - наночастицы Al₂O₃ и компрессорное масло - изопропиловый спирт - наночастицы Al₂O₃; разработаны модели для прогнозирования теплоемкости, теплопроводности и вязкости нанофлюидов на базе доступной информации. Проведенные эксперименты показали, что примеси наночастиц Al₂O₃ способствуют уменьшению теплоемкости изопропилового спирта как в жидкой, так и твердой фазах, а также приводят к понижению значений температуры плавления и теплоты плавления. Величина избыточной мольной теплоемкости нанофлюидов увеличивается с ростом температуры, причем этот эффект наблюдается для различных концентраций исследованных нанофлюидов. По результатам исследования теплопроводности установлено, что максимальный эффект влияния наночастиц на теплопроводность изопропилового спирта составляет примерно 12-13% (при концентрации наночастиц 2,6%). Вязкость модельной системы изопропиловый спирт - наночастицы Al₂O₃ исследована при различных концентрациях наночастиц и температурах для выяснения влияния этих факторов на эффективную вязкость, а также изучено влияние добавки наночастиц на вязкость технически важной жидкости - холодильного компрессорного масла. По результатам этих исследований сделано заключение о том, что добавка наночастиц существенно увеличивает вязкость базовой жидкости, а присутствие сурфактанта обеспечивает противоположный эффект. Предложена новая модель прогнозирования теплоемкости нанофлюидов на линии кипения, а также модели для расчёта теплопроводности и вязкости нанофлюидов с частицами Al₂O₃.
Thesis for Candidate of science (Engineering) degree by specialty 05.14.06 - Technical Thermophysics and Thermal Engineering. The thesis is devoted to a comprehensive experimental investigation of the caloric properties and transport coefficients (thermal conductivity and viscosity) of the model system consisting of isopropyl alcohol with impurities of Al₂O₃ nanoparticles, investigation of the influence of key parameters on the thermophysical properties of nanofluids and development of simple models for calculating the heat capacity, thermal conductivity and viscosity of nanofluids on the basis of available information, taking into account the main influencing factors. The following tasks were solved in the work: designed and developed experimental setup for investigation of thermophysical properties of nanofluids: heat capacity - discrete and repetitive heating; thermal conductivity - independent steady-state and transient hot-wire methods; viscosity - capillary method; experimentally investigated the effect of nanoparticles on heat capacity, thermal conductivity and viscosity of a model system consisting of isopropyl alcohol with impurities of Al₂O₃ nanoparticles; studied the effect of the admixtures of Al₂O₃ nanoparticles on the change in the heat capacity of isopropyl alcohol in both liquid and solid phases, as well as its temperature and heat of melting; the main factors affecting the thermal conductivity of nanofluids and measured the thermal conductivity of the system isopropyl alcohol - Al₂O₃ nanoparticles by two independent methods; investigated the effect of impurity nanoparticles on the viscosity of the system isopropyl alcohol - Al₂O₃ nanoparticles and compressor oil - isopropyl alcohol - Al₂O₃ nanoparticles; developed model to predict the heat capacity, thermal conductivity and viscosity of nanofluids on the basis of available information. Experiments have shown that impurities of Al₂O₃ nanoparticles reduces the specific heat of isopropyl alcohol in both liquid and solid phases, but also lead to lower values of melting point and heat of fusion. The magnitude of the excess molar heat capacity of nanofluid increases with increasing temperature, and this effect is observed for different concentrations of nanofluids. According to the results of investigation of thermal conductivity, it was found that the maximum effect of nanoparticles on the thermal conductivity of isopropyl alcohol is about 12-13% (at a concentration of nanoparticles of 2.6%). The viscosity model of the system isopropyl alcohol - Al₂O₃ nanoparticles was investigated at different concentrations of nanoparticles and temperatures to determine the influence of these factors on the effective viscosity and the influence of nanoparticles additives on the viscosity is an important fluid - refrigerating compressor oils. According to the results of these studies we have concluded that the addition of nanoparticles increases the viscosity of the base fluid, and the presence of the surfactant provides the opposite effect. Proposed a new model for predicting the heat capacity of nanofluids on the saturation line, as well as models for calculation of thermal conductivity and viscosity of nanofluids with Al₂O₃ particles.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.14.06 - Техническая теплофизика и промышленная теплоэнергетика. Диссертация посвящена комплексному экспериментальному исследованию калорических свойств и коэффициентов переноса (теплопроводности и вязкости) модельной системы, состоящей из изопропилового спирта с примесями наночастиц Al₂O₃, исследованию влияния основных параметров на теплофизические свойства нанофлюидов и разработке простых моделей расчёта теплоёмкости, теплопроводности и вязкости нанофлюидов на базе доступной информации, учитывающих основные влияющие факторы. В работе решены следующие задачи: разработаны и созданы экспериментальные установки для исследования теплофизических свойства нанофлюидов: теплоемкости - методами дискретного и монотонного нагрева; теплопроводности - независимыми стационарным и нестационарным методами нагретой нити; вязкости - капиллярным методом; экспериментально исследовано влияние наночастиц на теплоемкость, теплопроводность и вязкость модельной системы, состоящей из изопропилового спирта с примесями наночастиц Al₂O₃; изучено влияние примесей наночастиц Al₂O₃ на изменение теплоемкости изопропилового спирта как в жидкой, так и твердой фазах, а также его температуры и теплоты плавления; проанализированы основные факторы, влияющие на теплопроводность нанофлюидов и проведены измерения теплопроводности системы изопропиловый спирт - наночастицы Al₂O₃ двумя независимыми методами; исследовано влияние примесей наночастиц на вязкость систем изопропиловый спирт - наночастицы Al₂O₃ и компрессорное масло - изопропиловый спирт - наночастицы Al₂O₃; разработаны модели для прогнозирования теплоемкости, теплопроводности и вязкости нанофлюидов на базе доступной информации. Проведенные эксперименты показали, что примеси наночастиц Al₂O₃ способствуют уменьшению теплоемкости изопропилового спирта как в жидкой, так и твердой фазах, а также приводят к понижению значений температуры плавления и теплоты плавления. Величина избыточной мольной теплоемкости нанофлюидов увеличивается с ростом температуры, причем этот эффект наблюдается для различных концентраций исследованных нанофлюидов. По результатам исследования теплопроводности установлено, что максимальный эффект влияния наночастиц на теплопроводность изопропилового спирта составляет примерно 12-13% (при концентрации наночастиц 2,6%). Вязкость модельной системы изопропиловый спирт - наночастицы Al₂O₃ исследована при различных концентрациях наночастиц и температурах для выяснения влияния этих факторов на эффективную вязкость, а также изучено влияние добавки наночастиц на вязкость технически важной жидкости - холодильного компрессорного масла. По результатам этих исследований сделано заключение о том, что добавка наночастиц существенно увеличивает вязкость базовой жидкости, а присутствие сурфактанта обеспечивает противоположный эффект. Предложена новая модель прогнозирования теплоемкости нанофлюидов на линии кипения, а также модели для расчёта теплопроводности и вязкости нанофлюидов с частицами Al₂O₃.
Thesis for Candidate of science (Engineering) degree by specialty 05.14.06 - Technical Thermophysics and Thermal Engineering. The thesis is devoted to a comprehensive experimental investigation of the caloric properties and transport coefficients (thermal conductivity and viscosity) of the model system consisting of isopropyl alcohol with impurities of Al₂O₃ nanoparticles, investigation of the influence of key parameters on the thermophysical properties of nanofluids and development of simple models for calculating the heat capacity, thermal conductivity and viscosity of nanofluids on the basis of available information, taking into account the main influencing factors. The following tasks were solved in the work: designed and developed experimental setup for investigation of thermophysical properties of nanofluids: heat capacity - discrete and repetitive heating; thermal conductivity - independent steady-state and transient hot-wire methods; viscosity - capillary method; experimentally investigated the effect of nanoparticles on heat capacity, thermal conductivity and viscosity of a model system consisting of isopropyl alcohol with impurities of Al₂O₃ nanoparticles; studied the effect of the admixtures of Al₂O₃ nanoparticles on the change in the heat capacity of isopropyl alcohol in both liquid and solid phases, as well as its temperature and heat of melting; the main factors affecting the thermal conductivity of nanofluids and measured the thermal conductivity of the system isopropyl alcohol - Al₂O₃ nanoparticles by two independent methods; investigated the effect of impurity nanoparticles on the viscosity of the system isopropyl alcohol - Al₂O₃ nanoparticles and compressor oil - isopropyl alcohol - Al₂O₃ nanoparticles; developed model to predict the heat capacity, thermal conductivity and viscosity of nanofluids on the basis of available information. Experiments have shown that impurities of Al₂O₃ nanoparticles reduces the specific heat of isopropyl alcohol in both liquid and solid phases, but also lead to lower values of melting point and heat of fusion. The magnitude of the excess molar heat capacity of nanofluid increases with increasing temperature, and this effect is observed for different concentrations of nanofluids. According to the results of investigation of thermal conductivity, it was found that the maximum effect of nanoparticles on the thermal conductivity of isopropyl alcohol is about 12-13% (at a concentration of nanoparticles of 2.6%). The viscosity model of the system isopropyl alcohol - Al₂O₃ nanoparticles was investigated at different concentrations of nanoparticles and temperatures to determine the influence of these factors on the effective viscosity and the influence of nanoparticles additives on the viscosity is an important fluid - refrigerating compressor oils. According to the results of these studies we have concluded that the addition of nanoparticles increases the viscosity of the base fluid, and the presence of the surfactant provides the opposite effect. Proposed a new model for predicting the heat capacity of nanofluids on the saturation line, as well as models for calculation of thermal conductivity and viscosity of nanofluids with Al₂O₃ particles.
Опис
Шимчук, М. О. Експериментально-розрахункове дослідження теплофізичних характеристик нанофлюїдів (Експеримент, моделювання) : автореф. дис. ... канд. техн. наук : спец. 05.14.06 "Технічна теплофізика та промислова теплоенергетика" / Шимчук Микола Олександрович ; наук. кер. В. З. Геллер ; Одес. нац. акад. харч. технологій. – Одеса : ОНАХТ, 2017. – 22 с.
Ключові слова
теплоємність, теплопровідність, в'язкість, нанофлюїд, наночастинки, ізопропіловий спирт, компресорне масло, моделі розрахунку, теплоемкость, теплопроводность, вязкость, нанофлюид, наночастицы, изопропиловый спирт, компрессорное масло, модели расчёта, heat capacity, thermal conductivity, viscosity, nanofluid, nanoparticles, isopropyl alcohol, compressor oil, calculation model