Methodological features in research of pool boiling processes of nanofluid isopropanol/Al2O3

Виталий Петрович Железный,Николай Александрович Шимчук,Артем Геннадьевич Никулин,Николай Николаевич Лукьянов,Владимир Яковлевич Гоцульский,Юрий Владимирович Семенюк

doi:10.15587/1729-4061.2014.23553

Виталий Петрович Железный, Николай Александрович Шимчук + Show 4 more

Open Access

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2014.23553

Copy DOI

Abstract

Promising direction of heat-transfer intensification is modification of the liquids used as coolants or working bodies for various kinds of equipment. Within this framework the usage of nanofluids (suspensions of nano-size particles (up to 100 nm) in a base fluid) is proposed.The results obtained have shown that the additive of Al2O3 nanoparticles to isopropanol increases the heat transfer coefficient during pool boiling up to 10–26 %. However, such effect was found only at the low heat flux densities. At the high heat flux densities the presence of the nanoparticles in isopropanol leads to decreasing the heat-transfer coefficient. According to the authors, this is the result of nanofluid destabilization. It is shown that the complex nature of nanoparticles Al2O3 effect on the changes in heat-transfer coefficient is related to a combined contribution of different factors: interaction of nanoparticles with heating surfaces, changing in thermal properties of nanofluids compared to the base fluid, hydrodynamic radius of nanoparticles and their concentration in isopropanol.According to the authors, the possible reason of nanofluid destabilization during pool boiling may be the destruction of heterogeneous micelles on the heater surface. Therefore, the study of nanofluids pool boiling and correct interpretation of the collected data should consider the stability, concentration changes of nanofluid and heating surface properties. The study on hydrodynamic radius of nanoparticles was carried out using experimental setup wherein DLS method has been realized. The results has shown increasing in hydrodynamic radius from 53 to 86 nm with an increasing in the mass fraction of nanoparticles from 0.036 to 4.2 wt. %.The experiments to determine the stability of nanofluid has shown that the system remains stable throughout the period of the experiment (100 hours), temperatures interval (20–70 °C) and the mass fraction of nanoparticles (0.036–4.2 wt.%). In addition, in this paper, the dependence of the mass fraction of Al2O3 nanoparticles in isopropanol on the value of the transmitted light through the nanofluid was obtained. The magnitude of the transmitted through the nanofluid light is proportional to the mass fraction of nanoparticles.

Highlights

У статті представлені результати дослідження методичних особливостей при вивченні процесів кипіння у вільному об’ємі нанофлюїда ізопропанол/Al2O3
В статье представлены результаты исследования методических особенностей при изучении процессов кипения в свободном объеме нанофлюида изопропанол/Al2O3
Также в термосифонах без вставок (ординарные термосифоны) процесс транспорта теплоты сопровождается периодическими выбросами теплоносителя

Summary

Введение

Такое как: сверхкритические котлы, теплообменные аппараты и ядерные реакторы, холодильное оборудование, тепловые насосы и тепловые трубы, нуждаются в интенсификации протекающих в них теплообменных процессов. Однако такой подход приведет к увеличению материалоемкости, стоимости оборудовании, а, следовательно, и уменьшению конкурентоспособности производимого оборудования. Однако в работах [1, 2] отмечается, что обычное увеличение площади поверхности теплообмена и микроканальные технологии не всегда являются альтернативным решением, например, для теплового регулирования нового поколения полупроводников и оптоэлектронных устройств. Стоит также учитывать увеличение стоимости теплообменного оборудования использующего указанные технологии, а также возможность засорения профиля микроканалов и структурированных поверхностей, увеличения гидродинамического сопротивления теплообменников. Третье направление интенсификации теплообмена в аппаратах связано с модификацией уже применяемых теплоносителей или рабочих тел для различного рода оборудования. П. способствуют значительному увеличению коэффициента теплоотдачи при различных процессах теплообмена Как показывают выполненные различными авторами исследования, даже незначительные примеси наночастиц различных металлов, их окислов, углеродные нанотрубки, фуллерены и т. п. способствуют значительному увеличению коэффициента теплоотдачи при различных процессах теплообмена

Анализ литературных данных и постановка проблемы

Влияние наночастиц на процесс кипения нанофлюидов

Исследование характеристик нанофлюидов

Выводы