Сибирский федеральный университет

Перевод названия: Physics and mechanics of heat exchange processes in nanofluid flows

Тип публикации: статья из журнала

Год издания: 2016

Ключевые слова: наножидкость, Nanofluid, nanoparticles, viscosity, thermal conductivity, heat transfer coefficient, molecular dynamics method, laminar and turbulent flow modes, наночастицы, вязкость, теплопроводность, коэффициент теплоотдачи, метод молекулярной динамики, ламинарный и турбулентный режимы течения

Аннотация: Наножидкости - новый тип дисперсных флюидов, состоящих из несущей жидкости и твердых наночастиц. Необычные свойства наножидкостей, в частности их высокая теплопроводность, делают их весьма перспективным рабочим телом во многих теплофизических приложениях: для охлаждения различных устройств, при создании новых систем транспортировки и производства тепловой энергии и т.п. Это требует систематического изучения теплообменных свойств наножидкостей. В данной статье представлены результаты измерения коэффициента теплоотдачи ламинарного и турбулентного течений в миниканале с круговым поперечным сечением наножидкостей на основе дистиллированной воды с частицами оксидов кремния, алюминия и меди. Максимальная объемная концентрация частиц не превышала 2 %. Изучена зависимость коэффициента теплоотдачи от концентрации наночастиц и их размера. Показано, что при использовании наножидкости можно ожидать существенного повышения коэффициента теплоотдачи по сравнению с соответствующим значением для воды. Однако получаемый результат существенно зависит от режима течения. В ламинарном течении превышение коэффициента теплоотдачи обусловлено только увеличением коэффициента теплопроводности наножидкости, тогда как в турбулентном получаемый эффект обусловлен соотношением вязкости и теплопроводности наножидкости. Вязкость и теплопроводность наножидкостей зависят не только от объемной концентрации наночастиц, но также от их размера и материала и не описываются классическими теориями. Этим объясняется, в частности, широкий разброс и противоречивость литературных данных, где влияние указанных факторов (размеров наночастиц и их материала) не рассматривалось и не учитывалось. Экспериментально и методом молекулярной динамики показано, что вязкость наножидкости с уменьшением размера дисперсных частиц растет, тогда как теплопроводность падает. Впервые экспериментально установлено, что коэффициент вязкости наножидкости зависит от материала частиц. Показано, что коэффициент теплопроводности наножидкости тем больше, чем выше плотность частиц. Nanofluids present a new type of dispersed fluids consisting of a carrier fluid and solid nanoparticles. Unusual properties of nanofluids, particularly high thermal conductivity, make them eminently suitable for many thermophysical applications, e.g., for cooling of equipment, designing of new heat energy transportation and production systems and so on. This requires a systematic study of heat exchange properties of nanofluids. The present paper contains the measurement results for the heat transfer coefficient of the laminar and turbulent flow of nanofluids on the basis of distilled water with silica, alumina and copper oxide particles in a minichannel with circular cross section. The maximum volume density of particles did not exceed 2%. The dependence of the heat transfer coefficient on the density and size of nanoparticles was studied. It is shown that the use of nanofluids allows a significant increase in the heat transfer coefficient as compared to that for water. However, the obtained result strongly depends on the mode of flow. The excess of the heat transfer coefficient in the laminar flow is only due to an increase in the thermal conductivity coefficient of nanofluid, while in the turbulent flow the obtained effect is due to the ratio between the viscosity and thermal conductivity of nanofluid. The viscosity and thermal conductivity of nanofluids depend on the volume concentration of nanoparticles as well as on their size and material and are not described by classical theories. That is why the literature data are diverse and controversial; they do not actually take into account the influence of the mentioned factors (size and material of nanoparticles). It has been shown experimentally and by a molecular dynamics method that the nanofluid viscosity increases while the thermal conductivity decreases with the decreasing dispersed particle size. It is found experimentally for the first time that the nanofluid viscosity coefficient depends on the particle material. The higher is the density of particles, the higher is the thermal conductivity coefficient of nanofluid.

Журнал: Физическая мезомеханика

Выпуск журнала: Т. 19, № 1

Номера страниц: 75-83

ISSN журнала: 1683805X

Место издания: Томск

Издатель: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук

• Рудяк Валерий Яковлевич (Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет)
• Минаков Андрей Викторович (Сибирский федеральный университет)
• Краснолуцкий Сергей Леонидович (Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет)

• Ядро РИНЦ (eLIBRARY.RU)
• Список ВАК