Vận Chuyển Đối Lưu Trong Nanofluids
Tóm tắt
Nanofluids là các colloids được chế tạo từ một chất lỏng nền và các hạt nano (1-100nm). Nanofluids có độ dẫn nhiệt và hệ số truyền nhiệt dạng đơn pha cao hơn so với chất lỏng nền của chúng. Đặc biệt, sự gia tăng hệ số truyền nhiệt dường như vượt ra ngoài hiệu ứng dẫn nhiệt đơn thuần và không thể được dự đoán bằng các tương quan chất lỏng nguyên chất truyền thống như Dittus-Boelter. Trong tài liệu về nanofluid, hành vi này thường được cho là do sự phân tán nhiệt và sự khuếch tán tăng cường, được tạo ra bởi chuyển động của hạt nano. Để kiểm tra tính hợp lệ của giả định này, chúng tôi đã xem xét bảy cơ chế trượt có thể tạo ra vận tốc tương đối giữa các hạt nano và chất lỏng nền. Các cơ chế này bao gồm quán tính, khuếch tán Brown, nhiệt độ khuếch tán, khuếch tán, hiệu ứng Magnus, thoát chất lỏng và trọng lực. Chúng tôi kết luận rằng, trong bảy cơ chế này, chỉ có khuếch tán Brown và nhiệt độ khuếch tán là các cơ chế trượt quan trọng trong nanofluids. Dựa trên phát hiện này, chúng tôi phát triển một mô hình cân bằng không đồng nhất hai thành phần với bốn phương trình cho việc vận chuyển khối lượng, động lượng và nhiệt trong nanofluids. Phân tích không chiều kích của các phương trình gợi ý rằng sự truyền năng lượng qua sự phân tán của các hạt nano là không đáng kể, do đó không thể giải thích các gia tăng bất thường của hệ số truyền nhiệt. Hơn nữa, việc so sánh giữa thời gian và chiều dài quy mô của hạt nano và xoáy lốc hỗn loạn chỉ rõ rằng các hạt nano di chuyển đồng đều với chất lỏng trong sự hiện diện của các xoáy lốc hỗn loạn, vì vậy một ảnh hưởng đến cường độ hỗn loạn cũng bị nghi ngờ. Do đó, chúng tôi đề xuất một giải thích thay thế cho các gia tăng bất thường của hệ số truyền nhiệt: các thuộc tính của nanofluid có thể thay đổi đáng kể trong lớp biên do ảnh hưởng của gradient nhiệt độ và nhiệt độ khuếch tán. Đối với một chất lỏng được gia nhiệt, những ảnh hưởng này có thể dẫn đến sự giảm đáng kể độ nhớt trong lớp biên, do đó dẫn đến việc cải thiện truyền nhiệt. Một cấu trúc tương quan để nắm bắt những ảnh hưởng này được đề xuất.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Masuda, Alteration of Thermal Conductivity and Viscosity of Liquid by Dispersing Ultra-Fine Particles, Netsu Bussei, 7, 227, 10.2963/jjtp.7.227
Choi, Enhancing Thermal Conductivity of Fluids With Nanoparticles, Developments and Applications of Non-Newtonian Flows, 99
Buongiorno, Nanofluid Coolants for Advanced Nuclear Power Plants, Proceedings of ICAPP ’05
Eastman, Anomalously Increased Effective Thermal Conductivities of Ethylene-Glycol-Based Nanofluids Containing Copper Nanoparticles, Appl. Phys. Lett., 78, 718, 10.1063/1.1341218
Das, Temperature Dependence of Thermal Conductivity Enhancement for Nanofluids, J. Heat Transfer, 125, 567, 10.1115/1.1571080
Bhattacharya, Evaluation of the Temperature Oscillation Technique to Calculate Thermal Conductivity of Water and Systematic Measurement of the Thermal Conductivity of Aluminum Oxide-Water Nanofluid, Proceedings of the 2004 ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition, 10.1115/IMECE2004-60257
Pak, Hydrodynamic and Heat Transfer Study of Dispersed Fluids With Submicron Metallic Oxide Particles, Exp. Heat Transfer, 11, 151, 10.1080/08916159808946559
Brinkman, The Viscosity of Concentrated Suspensions and Solutions, J. Chem. Phys., 20, 571, 10.1063/1.1700493
Batchelor, The Effect of Brownian Motion on the Bulk Stress in a Suspension of Spherical Particles, J. Fluid Mech., 83, 97, 10.1017/S0022112077001062
Maïga, Heat Transfer Behaviors of Nanofluids in a Uniformly Heated Tube, Superlattices Microstruct., 35, 543, 10.1016/j.spmi.2003.09.012
Lee, Measuring Thermal Conductivity of Fluids Containing Oxide Nanoparticles, J. Heat Transfer, 121, 280, 10.1115/1.2825978
Wang, Thermal Conductivity of Nanoparticle-Fluid Mixture, J. Thermophys. Heat Transfer, 13, 474, 10.2514/2.6486
Xuan, Investigation on Convective Heat Transfer and Flow Features of Nanofluids, J. Heat Transfer, 125, 151, 10.1115/1.1532008
Eastman, Thermal Transport in Nanofluids, Annu. Rev. Mater. Res., 34, 219, 10.1146/annurev.matsci.34.052803.090621
Xuan, Conceptions for Heat Transfer Correlation of Nanofluids, Int. J. Heat Mass Transfer, 43, 3701, 10.1016/S0017-9310(99)00369-5
Ahuja, Augmentation of Heat Transport in Laminar Flow of Polystyrene Suspensions, J. Appl. Phys., 46, 3408, 10.1063/1.322107
Bott, Fouling of Heat Exchangers
Lister, D. H. , 1980, Corrosion Products in Power Generating Systems, AECL-6877, June.
Whitmore, Estimation of Thermo- and Diffusiophoretic Particle Deposition, Can. J. Chem. Eng., 55, 279, 10.1002/cjce.5450550307
Müller-Steinhagen, Cooling-Water Fouling in Heat Exchangers, Adv. Heat Transfer, 33, 415, 10.1016/S0065-2717(08)70307-1
Bird, Transport Phenomena
Wen, Effect on Heat Transfer of Particle Migration in Suspensions of Nanoparticles Flowing Through Minichannels, Proceedings of the 2nd International Conference on Microchannels and Minichannels, 10.1115/ICMM2004-2434
Prandtl, Füehrer Durch die Ströemungslehre, 359
Jang, Role of Brownian Motion in the Enhanced Thermal Conductivity of Nanofluids, Appl. Phys. Lett., 84, 4316, 10.1063/1.1756684
Gnielinski, New Equations for Heat and Mass Transfer in Turbulent Pipe and Channel Flow, Ind. Eng. Chem., 16, 359
Rohsenow, Handbook of Heat Transfer, 3rd ed.
Kakac, Handbook of Single-Phase Convective Heat Transfer
Jang, Free Convection in a Rectangular Cavity (Benard Convection) With Nanofluids, 10.1115/IMECE2004-61054