Investigation of thermophysical properties of nanofluids

Abstract

Herhangi bir boyutu 100 nanometreden (nm) daha küçük olan tanecikleri içeren süspansiyonlar nanoakışkan olarak adlandırılmaktadır. Çok az miktarlardaki nanotanecik hacimsel katkı oranlarında bile baz akışkana göre oldukça yüksek ısıl iletkenlik kabiliyetine sahip olduğu belirtilen nanoakışkanlar yeni nesil ısı transfer akışkanı olma potansiyeli ile önem kazanmaktadır. Çalışma kapsamında ilk olarak (nano)akışkanların ısı iletim katsayılarının ölçümünde kullanılmak üzere, alternatif akım uyarımlı ve 3. harmoniğin (3 omega) kilitlemeli yükseltici ile belirlenmesi prensibine dayalı ölçme sisteminin yeni bir uygulaması sunulmuştur. Yarıçapın ısıl yayınım uzunluğundan yeterince küçük olduğu silindirik bir geometride modüle edilmiş ısı akısı sayesinde, ölçüm için 25 mikrolitre miktarında numune yeterli olmaktadır. Bu yöntemle su bazlı TiO2, SiO2, Al2O3 ve etilen glikol bazlı Al2O3 nanoakışkanların ısıl iletkenlikleri farklı hacimsel katkı oranlarında ve farklı sıcaklıklarda incelenmişlerdir. Elde edilen sonuçlar, Hamilton ? Crosser modeliyle uyumludur, ancak biraz daha düşük seviyelerde ısıl iletkenlik artışı olduğu görülmüştür. Farklı sıcaklıklarda yapılan ölçümlerden ise, nanoakışkanın bağıl ısıl iletkenliğinin akışkanın sıcaklığı ile bir değişim göstermediği sonucu elde edilmiştir. Isı transferi uygulamalarında soğutucu sıvının pompa işletme maliyetleri önemli olduğu için nanoakışkanların viskozite değerlerinin de bilinmesi önemlidir. Farklı tanecik hacimsel katkı oranlarındaki nanoakışkanların viskoziteleri değişik sıcaklıklarda Sine-wave Vibro Viscometer ile ölçülmüştür. Tanecik katkı oranı arttıkça nanoakışkanların viskozitelerinin önemli ölçüde arttığı ve bu artışın Einstein modeli ile tahmin edilemediği görülmüştür. Nanofluids are liquid suspensions of particles with at least one of their dimensions smaller than 100 nanometer (nm). Nanofluid technology becomes a new challenge for the heat transfer fluid since it has been reported that the thermal conductivity of nanofluid is anomalously enhanced at a very low volume fraction of nanoparticles. In this study, a new application of a hot wire sensor for measurement of thermal conductivity of (nano)fluids, based on a hot wire thermal probe with ac excitation and 3 omega lock-in detection, were presented. Due to modulated heat flow in cylindrical geometry with a radius comparable to the thermal diffusion length, the necessary sample quantity is kept very low, typically 25 microliter. The thermal conductivities of de-ionized water based TiO2, SiO2, Al2O3 nanofluids and ethylene glycol based Al2O3 nanofluids were measured and their dependence of particle volume fraction and temperature were investigated. Our results show that thermal conductivity values are inside the limits of (moderately lower than) Hamilton-Crosser model. Our experiments at different temperatures show that relative thermal conductivity of nanofluids is not related with the temperature of the fluid. For industrial applications of nanofluids, one should also know the viscosity characteristics, since for heat transfer applications pump costs are important. We investigated the temperature dependent viscosity of nanofluids for different particle concentrations by a Sine-wave Vibro Viscometer. Viscosity of our nanofluids increase dramatically with the increase in particle concentration, Einstein model is found to be unable to predict this increase.