Newton kuralına uyan taban akışkanları içerisine dağıtılmış olan nanoparçacıkların reolojisi, ısıl iletkenliği ve kararlılığı
Rheology,thermal conductivity and stability of nanoparticles dispersed in Newtonian based fluids
Yazar: NACİYE İLHAN
Danışman: DOÇ. DR. KERİM YAPICI
Cumhuriyet Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Isıl analiz =   ; Nanoteknoloji = Nanotechnology ; Reoloji = Rheology

Özet:
Nano boyutlu parçacıkların Newton kuralına uyan taban akışkanları içerisine belli derişimlerde dağıtılmasıyla elde edilen yeni akışkana ?nanoakışkanlar? denilmektedir. nanoakışkanlar geleneksel Newton kuralına uyan ısı aktarım akışkanları olan su, etilen glikol ve makine yağı gibi akışkanlar ile karşılaştırıldığında daha yüksek termal özelliklerinden dolayı yeni jenerasyon ısı aktarım akışkanı olarak kabul görürler. İlgi çekici özelliklerinden dolayı, bu akışkanların yapabileceklerini belirleme konusunda literatürde çok sayıda çalışma gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmalar teorik, deneysel ve bilgisayar benzeştirmeleri şeklinde sınıflandırılabilir. Ancak günümüze kadar, Newton kuralına uyan taban akışkanları ile üretilen nanoakışkanların ısıl iletkenliklerini ve viskozitelerini ölçmek için çaba sarf edilmiştir. Literatürde nanoakışkanların kapsamlı reolojik analizini, ısıl iletkenliklerini ve en önemlisi kararlılığını inceleyen çok az sayıda makale bulunmaktadır. Bu sebep ile önerilen yüksek lisans tez  projesi Newton kuralına uyan taban akışkanları kullanılarak oluşturulacak nanoakışkanların,  kapsamlı reolojik analizini, ısıl iletkenlik katsayılarının, fiziksel özelliklerinin (youğunluk, özgül ısı) ve kararlılığının belirlenmesini amaçlamaktadır. Bu amaç doğrultusunda Newton kuralına uyan su, farklı oranlarda etilen glikol-su karışımı (100:0, 70:30, 60:40, 50:50) ve poli alfa olefin taban akışkanları olarak seçilecektir.  Farklı boyutlardaki TiO2, Al2O3 ve çoklu duvar karbon nanotüp nanoparçacıkları kullanılacaktır. Nanoparçacıkların taban akışkanları içersinde uniform dağılımını sağlamak için ultrasonik karıştırma uygulanacaktır. Bunlara ilaveten nanoakışkan kararlılığını arttırmak üzere farklı derişimlerde dağıtıcılar kullanılarak bu dağıtıcıların akışkan reolojisine ve ısıl iletkenliğine olan etkileri detaylı olarak incelenecektir. Oluşturulan nanoakışkanların kararlılık testleri spektral absorbans analiz yöntemi ve zeta potensiyellerinin ölçülmesi ile belirlenecektir. Tüm reolojik ölçümler Kinexus model reometre ile gerçekleştirilecektir. Ölçümlerde farklı çap ve açılara sahip koni geometrisi ile plaka geometrileri kullanılaca ve plaka ile koni arasında ki aralık sabit 0.05 mm alınacaktır. Doğrusal olmayan viskoelastik ile doğrusal viskoelastik deneyler olmak üzere iki farklı akış tipi için reolojik çalışmalar yapılacaktır. Doğrusal olmayan viskoelastik deney çalışmalarında akışkanın kayma hızına karşı viskozitesi, sabit kayma hızlarında thixotropy veya rheopexy davranışlarının belirlenmesi ve ayrıca kesme geriliminin kayma hızı değişiminden yield gerilim belirlenecektir. Bunlara ilaveten sıcaklık etkisinin akış reolojisine olan ikinci tip deneylerde ise frekans bağımlı depolama G? ve kayıp modülü G?, küçük salınım kayma gerilimi altında ölçülerek akışkanın elastik davranışı belirlenecektir.  Hazırlanan nanoakışkanların ısıl iletkenlikleri ?zaman bağımlı sıcak tel? prensibine dayalı KD2-Pro ile ölçülecektir

Abstract:
Nano sized particles dispersed in Newtonian fluids as a known fraction are called nanofluids.  They tough to be next generation heat transfer fluids due to their high thermal properties compared to traditional Newtonian fluids such as water, ethylene glycol and engine oil. Due to their attractive features, numerous studies have been conducted in the literature to understand their capabilities. These studies may be classified as theoretical, experimental and computer simulations. However, to date more efforts have been consumed to measure conductivities and viscosities of nanofluids that produced by Newtonian based fluids. There is limited number of reports in the literature that comprehensively investigate rheological and thermal behavior of nanoparticles dispersed in Newtonian based fluids. Hence, the objective of the present proposal is to conduct comprehensive investigation of rheological and thermal behavior of nanoparticles dispersed in Newtonian based fluids. For this purpose water, ethylene glycol and polyethylene glycol will be chosen as based fluids.   TiO2, Al2O3 and multi wall carbon nanotubes and their various sizes of nanoparticles will be used. To make uniform dispersion of nanoparticles in the based fluids, ultrasonic agitation will be applied.
All rheological measurements are carried out by a Kinexus rheometer is utilized in cone-plate geometry. The cone diameter of 50 mm and a cone angle of 20 will be used. All experiments are conducted at a constant gap of 0.05 mm. The rheological studies are performed for two types of flow, the non-linear viscoelastic experiment and linear viscoelastic oscillatory experiments.  Under the non-linear viscoelastic experiments, shear viscosity as function of the shear rate, thixotropy or rheopexy behavior of the fluids at the constant shear rate and yield stress from the variation of shear stress as a function of the shear rate will be measured. With the second type of experiments elastic behavior of nanofluids will determined with the measuring frequency dependent storage modulus, G? and loss modulus G?? under the small amplitude oscillatory shear. The thermal conductivity of the produced nanofluids will be measured by KD2-Pro based on the transient hot wire technique.  The stability of nanofluids will be evaluated by the thermal conductivity data measured as a function of the time.