Environmental amelioration through enhanced heat transfer with nanofluids
Creators: name: Τερτσινίδου, Γεωργία Ι.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2018
Subjects: Νανορευστά
Θερμική αγωγιμότητα
Ιξώδες
Μεταφορά θερμότητας
Μέθοδος θερμαινόμενου σύρματος σε μη μόνιμη κατάσταση
Nanofluids
Thermal conductivity
Viscosity
Heat transfer
Transient hot wire

description: Η μελέτη του φαινομένου της επαύξησης της φαινόμενης θερμικής αγωγιμότητας ενός συμβατικού ρευστού, με την προσθήκη σε αυτό στερεών σωματιδίων (ένα δεύτερο συστατικό και μια δεύτερη θερμοδυναμική φάση), υπήρξε ελκυστική για περισσότερο από έναν αιώνα. Η διασπορά, όμως, στερεών σωματιδίων σε διαστάσεις της τάξεως των νανομέτρων (νανοσωματίδια), γνωστό και ως «νανορευστό», εξετάστηκε σοβαρά σε εφαρμογές μεταφοράς θερμότητας από το 1995 και έπειτα, όταν οι Choi et al. υποστήριξαν ότι η χρήση νανορευστών με αιωρούμενα νανοσωματίδια χαλκού, προκαλεί «δραματική μείωση της ισχύος άντλησης ενός εναλλάκτη θερμότητας». Η παρουσίαση αυτή, αναφερόταν ακόμη και σε νανορευστά με θερμική αγωγιμότητα «3 φορές μεγαλύτερης από αυτήν του συμβατικού ρευστού»! Το 2001 οι Choi et al. επέκτειναν τον ισχυρισμό τους, δημοσιεύοντας την «ανώμαλη επαύξηση της θερμικής αγωγιμότητας νανοσωλήνων», με τον όρο «ανώμαλη» να σημαίνει ότι η φαινόμενη θερμική αγωγιμότητα του συστήματος δύο φάσεων είναι σημαντικά διαφορετική από εκείνη που υπολογιζόταν με βάση τις τότε γνωστές θεωρίες μεταφοράς θερμότητας. Αν και έχουν περάσει περισσότερα από είκοσι χρόνια από τότε, τα αποδεικτικά στοιχεία υπέρ ή κατά της ύπαρξης μιας τέτοιας «ανώμαλης» συμπεριφοράς είναι, στην καλύτερη περίπτωση, όπως θα αποδείξουμε, συγκεχυμένα. Στην παρούσα μελέτη, εξετάζονται διεξοδικά τα πειραματικά δεδομένα μετρήσεων μεταφοράς θερμότητας που αναφέρονται σε συστήματα δύο ή και τριών συστατικών. Η μελέτη αυτή, διακρίνεται σε δύο κύρια τμήματα: -Στο τμήμα Α (που αποτελείται από τα κεφάλαια 1 έως 5), μελετάται διεξοδικά η επαύξηση της θερμικής αγωγιμότητας των νανορευστών.-Στο τμήμα Β (που αποτελείται από τα κεφάλαια 6 έως 8), διερευνάται η επίδραση τόσο της επαυξημένης θερμικής αγωγιμότητας όσο και του επαυξημένου ιξώδους των νανορευστών, στη μεταφορά θερμότητας.
description: Enhancing the apparent thermal conductivity of a base fluid by the addition of solid particles of a different material (a second component and a second thermodynamic phase) has been an attractive idea for more than a century. The dispersion of solid particle with dimensions of the order of nanometers (nanoparticles) in a liquid medium, commonly referred to as ‘nanofluid’, was seriously examined for heat transfer applications in 1995, when Choi et al. stated that the use of nanofluids with suspended copper nanoparticles will result in ‘dramatic reductions in heat exchanger pumping power’. They even discussed nanofluids with a thermal conductivity of ‘3 times that of a conventional fluid’! Following that presentation, in 2001 Choi et al. extended their idea, publishing the ‘anomalous thermal conductivity enhancement in nanotube suspensions’. Here, the word anomalous implies that the apparent thermal conductivity of the two phase system is significantly different from that based upon theories of heat transfer in such systems at the time. Although twenty years have passed since then, the evidence for and against the existence of such an ‘anomalous’ behavior is, at best, confusing as we shall show. The current study aims to examine thoroughly the experimental data for heat transfer measurements reported in two, and sometimes three-phase systems. The work is separated in two main sections; -In Section A (composed of Chapters 1 to 5), a study of the thermal-conductivity enhancement of fluids in the presence of nano-particles is performed. -In Section B (composed of Chapters 6 to 8), the effect of the thermal conductivity and viscosity enhancements on heat transfer, is investigated.