دانلود پایان نامه:مطالعه آزمایشگاهی اثرات دما و کسرحجمی نانوذرات بر لزجت دینامیکی و ضریب هدایت گرمایی نانوسیال آب- اکسید آهن |
 |
فصل اول: معرفی
1-1 تاریخچه فناوری نانو……………………………………………………………………………………………………… 2
1-2 تصویری از نانو متر ………………………………………………………………………………………………………..4
1-3 اهمیت مقیاس نانو ………………………………………………………………………………………………………… 4
1-4 تعرف فناوری نانو ………………………………………………………………………………………………………… 5
1-5 روش های رایج در افزایش انتقال حرارت …………………………………………………………………………. 5
1-5-1 روش های فعال ……………………………………………………………………………………………………….. 6
1-5-1-1 ابزار مکانیکی ………………………………………………………………………………………………………. 6
1-5-1-2 ارتعاش سطوح …………………………………………………………………………………………………….. 6
1-5-1-3 ارتعاش سیال یا جریان طپشی …………………………………………………………………………………. 6
1-5-1-4 میدان الکترواستاتیکی (مستقیم یا متناوب) …………………………………………………………………. 7
1-5-1-5 تزریق ………………………………………………………………………………………………………………… 7
1-5-1-6 مکش ………………………………………………………………………………………………………………… 7
1-5-2 روش های غیر فعال ………………………………………………………………………………………………….. 7
1-5-2-1 پره ها (سطوح گسترده) …………………………………………………………………………………………. 7
1-5-2-2 میکرو کانال ها …………………………………………………………………………………………………….. 8
1-5-2-3 افزایش انتقال حرارت گردابه ای ……………………………………………………………………………… 8
فهرست مطالب
عنوان صفحه
1-5-2-4 تغییر خاصیت رئولوژیکی سیال ……………………………………………………………………………….. 8
1-5-2-5 پوشش دهی و پرداخت سطح …………………………………………………………………………………. 8
1-5-2-6 ایجاد زبری سطحی ……………………………………………………………………………………………….. 9
1-5-2-7 استفاده از وسایل چرخاننده جریان …………………………………………………………………………… 9
1-5-2-8 ایجاد انقطاع و شکستگی در جریان ………………………………………………………………………….. 9
1-5-2-9 آشوبناک کردن جریان …………………………………………………………………………………………. 9
1-5-2-10 لوله های مارپیچی ………………………………………………………………………………………………. 9
1-5-2-11 افزودن ذرات جامد به مایع ………………………………………………………………………………….. 10
1-6 مزایای استفاده از نانو ذرات ………………………………………………………………………………………….. 10
فصل دوم: نانو سیال و تعیین خواص آن
مقدمه …………………………………………………………………………………………………………………………….. 12
2-1 روند رو به رشد تحقیقات در زمینه نانو سیال …………………………………………………………………….. 13
2-2 ضرورت وجود و روند پیدایش نانو سیالات …………………………………………………………………….. 15
2-2-1 تهیه نانو سیالات …………………………………………………………………………………………………….. 17
2-2-2 روش های ساخت نانو سیال ………………………………………………………………………………………. 17
2-3 پایداری نانو ذرات در نانو سیالات ………………………………………………………………………………….. 20
2-3-1 اهمیت پایداری نانو سیال ………………………………………………………………………………………….. 20
2-3-2 اضافه کردن فعال کننده یا مواد فعال در سطح ………………………………………………………………. 20
2-3-3 کنترل PH …………………………………………………………………………………………………………….. 21
2-3-4 ارتعاشات فراصوت …………………………………………………………………………………………………. 22
2-4 کاربردهای نانو سیال …………………………………………………………………………………………………… 22
فهرست مطالب
عنوان صفحه
2-4-1 صنعت حمل و نقل ………………………………………………………………………………………………….. 23
2-4-2 نانو سیال در سیستم خنک کاری ………………………………………………………………………………… 23
2-4-3 نانو سیال در سوخت ……………………………………………………………………………………………….. 24
2-4-4 نانو سیال در سیستم ترمز …………………………………………………………………………………………… 24
2-4-5 نانو سیال در سیستم روغن کاری ………………………………………………………………………………… 25
2-4-6 خنک کاری صنعتی ……………………………………………………………………………………………….. 25
2-4-7 رآکتورهای اتمی …………………………………………………………………………………………………… 26
2-4-8 استخراج انرژی زمین گرمایی و دیگر منابع انرژی …………………………………………………………. 26
2-4-9 خنک کاری قطعات الکترونیکی ……………………………………………………………………………….. 27
2-4-10 زمینه های نظامی …………………………………………………………………………………………………… 27
2-4-11 کاربردهای فضایی ……………………………………………………………………………………………….. 28
2-4-12 پزشکی ………………………………………………………………………………………………………………. 28
2-4-12-1 تحویل دارو …………………………………………………………………………………………………….. 28
2-4-12-2 درمان سرطان …………………………………………………………………………………………………… 29
2-5 پارامترهای تأثیرگذار بر ضریب هدایت گرمایی ……………………………………………………………….. 30
2-5-1 کسرحجمی ………………………………………………………………………………………………………….. 30
2-5-2 جنس نانو ذرات …………………………………………………………………………………………………….. 31
2-5-3 نوع سیال ………………………………………………………………………………………………………………. 32
2-5-4 اندازه نانو ذرات ……………………………………………………………………………………………………… 32
2-5-5 شکل نانو ذرات ……………………………………………………………………………………………………… 33
2-5-6 دما ………………………………………………………………………………………………………………………. 34
2-5-7 مقدار PH ……………………………………………………………………………………………………………… 34
این مطلب را هم بخوانید :
2-5-8 حرکت براونی ……………………………………………………………………………………………………….. 35
فهرست مطالب
عنوان صفحه
2-5-9 خوشه ای شدن ………………………………………………………………………………………………………. 36
2-5-10 لایه ای شدن در اطراف نانو ذره ………………………………………………………………………………. 37
2-6 دیگر مکانیزم های مؤثر بر انتقال حرارت …………………………………………………………………………. 38
2-6-1 ترموفورسیس ………………………………………………………………………………………………………… 38
2-6-2 دیفیوژنوفرسیس …………………………………………………………………………………………………….. 38
2-7 تعیین خواص نانو سیال ………………………………………………………………………………………………… 38
2-7-1 چگالی …………………………………………………………………………………………………………………. 39
2-7-2 ظرفیت گرمایی ویژه ……………………………………………………………………………………………….. 39
2-7-3 ضریب انبساط حرارتی …………………………………………………………………………………………….. 40
2-7-4 ضریب هدایت گرمایی ……………………………………………………………………………………………. 40
2-7-5 مدل های مبتنی بر حرکت براونی ………………………………………………………………………………. 41
2-7-5-1 مدل های مبتنی بر خوشه ای شدن نانو ذرات ……………………………………………………………. 46
2-7-5-2 مدل های مبتنی بر لایه ای شدن سیال ……………………………………………………………………… 48
2-7-5-3 دیگر مدل ها ……………………………………………………………………………………………………… 49
2-8 لزجت دینامیکی ………………………………………………………………………………………………………… 50
2-8-1 لزجت دینامیکی …………………………………………………………………………………………………….. 51
2-8-2 پارامترهای تأثیر گذار بر لزجت …………………………………………………………………………………. 57
2-8-2-1 اثر دما ………………………………………………………………………………………………………………. 57
2-8-2-2 اثر کسر حجمی …………………………………………………………………………………………………. 58
2-8-2-3 اثر اندازه ذره ……………………………………………………………………………………………………… 61
2-8-3 بررسی های تحلیلی لزجت ……………………………………………………………………………………….. 62
2-8-4 بررسی های تجربی لزجت ……………………………………………………………………………………….. 63
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل سوم: روش های اندازه گیری خواص ترموفیزیکی (لزجت و ضریب هدایت گرمایی)
3-1 مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………………. 66
3-2 لزجت ……………………………………………………………………………………………………………………… 66
3-2-1 لزجت دینامیکی …………………………………………………………………………………………………….. 66
3-2-2 لزجت سینماتیک …………………………………………………………………………………………………… 67
3-3 اهمیت اندازه گیری لزجت …………………………………………………………………………………………… 67
3-4 معرفی انواع لزجت سنج و کاربرد هر نوع از آن ………………………………………………………………. 67
3-4-1 لزجت سنج های آزمایشگاهی …………………………………………………………………………………… 67
3-4-1-1 لزجت سنج های U شکل ……………………………………………………………………………………… 67
3-4-1-2 لزجت سنج های سقوطی ……………………………………………………………………………………… 68
3-4-1-3 لزجت سنج های لرزشی ………………………………………………………………………………………. 68
3-4-1-4 لزجت سنج های دورانی ………………………………………………………………………………………. 69
3-4-1-5 لزجت سنج های استابینگر …………………………………………………………………………………….. 69
3-5 شرح آزمایش، اندازه گیری لزجت در این پایان نامه …………………………………………………………. 69
3-5-1 مشخصات دستگاه بروکفیلد ……………………………………………………………………………………… 72
3-6 ضریب هدایت گرمایی ……………………………………………………………………………………………….. 73
3-6-1 روش سیم داغ گذرا ………………………………………………………………………………………………… 74
3-6-2 روش صفحات موازی پایا ………………………………………………………………………………………… 75
3-6-3 روش تحلیلگر حرارت ثابت …………………………………………………………………………………….. 75
3-6-4 روش استوانه های هم مرکز ……………………………………………………………………………………… 76
3-6-5 روش نوسانی دما ……………………………………………………………………………………………………..77
فهرست مطالب
عنوان صفحه
3-6-6 روش مقایسه حرارتی ………………………………………………………………………………………………. 77
3-6-7 روش امگا 3 ………………………………………………………………………………………………………….. 78
3-7 روش اندازه گیری ضریب هدایت گرمایی در این تحقیق …………………………………………………… 78
3-7-1 مشخصات دستگاه KD2-Pro …………………………………………………………………………………… 79
3-7-1-1 قابلیت های دستگاه …………………………………………………………………………………………….. 79
3-7-1-2 محدوده اندازه گیری …………………………………………………………………………………………… 79
3-7-1-3 دقت اندازه گیری ……………………………………………………………………………………………….. 79
3-8 دیگر دستگاه های استفاده شده در این آزمایش ……………………………………………………………….. 80
3-8-1 دستگاه PH متر …………………………………………………………………………………………………….. 80
3-8-1-1 مشخصات دستگاه ………………………………………………………………………………………………. 80
3-8-2 دستگاه همزن (استیرر) …………………………………………………………………………………………….. 81
3-8-3 دستگاه ترازوی دیجیتال آزمایشگاهی ………………………………………………………………………… 81
فصل چهارم: تحلیل و بررسی دستاوردهای آزمایش
مقدمه …………………………………………………………………………………………………………………………….. 82
4-1 اندازه گیری ضریب هدایت گرمایی ………………………………………………………………………………. 82
4-1-1 اثر دما بر ضریب هدایت گرمایی نانو سیال …………………………………………………………………… 82
4-1-2 اثر کسر حجمی بر ضریب هدایت گرمایی …………………………………………………………………… 88
4-1-3 مقایسه ضریب هدایت گرمایی نسبی بر حسب کسر حجمی با فرمولاسیون مختلف …………….. 103
4-1-4 ارائه روابط ریاضی برای ضریب هدایت حرارت نسبی ………………………………………………….. 107
4-2 لزجت دینامیکی ………………………………………………………………………………………………………. 110
4-2-1 اثر دما بر لزجت دینامیکی ………………………………………………………………………………………. 110
4-2-2 اثر کسر حجمی بر لزجت دینامیکی ………………………………………………………………………….. 114
فهرست مطالب
عنوان صفحه
4-3 لزجت نسبی نانو سیال ………………………………………………………………………………………………… 118
4-3-1 اثر کسر حجمی بر افزایش لزجت نسبی ……………………………………………………………………… 123
4-3-2 مقایسه نتایج تجربی اثر کسر حجمی بر لزجت نسبی با فرمولاسیون مختلف ………………………. 127
4-3-3 ارائه روابط ریاضی برای لزجت نسبی ……………………………………………………………………….. 135
4-4 ارائه نتایج حاصل از آزمایش در قالب جدول……………………………………………………………………137
فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات
5-1 جمع بندی ………………………………………………………………………………………………………………..140
5-2 پیشنهادات ………………………………………………………………………………………………………………..141
منابع………………………………………………………………………………………………………………………………142
فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول 1-1 انقلاب های صنعتی تاریخ بشر ………………………………………………………………………………. 3
جدول 1-2 وقایع برجسته در تاریخ فناوری نانو ………………………………………………………………………… 4
جدول 1-3 ضرایب هدایت حرارتی مواد گوناگون ………………………………………………………………….. 10
جدول 2-1 مقایسه اجمالی میکرو ذرات و نانو ذرات ……………………………………………………………….. 12
جدول 2-2 روند روبه رشد تحقیقات در زمینه نانو سیال با بررسی تعداد مقالات مرتبط در بانک اطلاعاتی Scopus ………………………………………………………… …………………………………………………………….. 14
جدول 2-3 مقایسه ضرایب هدایت حرارتی چند مایع و جامد مرسوم ………………………………………….. 15
جدول 2-4 افزایش ضریب انتقال حرارت و روش تولید برخی نانو سیالات ………………………………….. 19
جدول 2-5 خواص برخی سیال ها و نانو ذرات ……………………………………………………………………… 39
جدول 2-6 ضرایب ثابت برای مدل کووکلینستروئر ………………………………………………………………… 44
جدول 2-7 ضریب ثابت برای مدل ضریب هدایت گرمایی واجها و داس …………………………………. 45
جدول 2-8 ضرایب ثابت مدل ضریب هدایت گرمایی دوانگدونسوک و وونگویس ……………………… 50
جدول 2-9 ضرایب ثابت در ناحیه دمایی مدل لزجت نامبورو و همکاران …………………………………….. 53
جدول 2-10 ضرایب ثابت در دو ناحیه دمایی لزجت نامبورو و همکاران ……………………………………… 54
جدول 2-11 ثابت های رابطه لزجت دینامیکی دوانگدونسوک و وونگویس ………………………………… 56
جدول 2-12 خلاصه مدل هایی از لزجت نانو سیال ها، به عنوان تابع درجه حرارت و کسر حجمی نانو ذرات (اکسید آلومینیوم / آب) ……………………………………………………………………………………………. 59
جدول 2-13 ……………………………………………………………………………………………………………………. 60
جدول 2-14 بیان های تحلیلی عمومی برای لزجت نانو سیال به صورت تابعی از کسر حجمی ………….. 64
جدول 2-15 خلاصه ای از مدل های لزجت در دمای اتاق بر پایه داده های تجربی ………………………… 65
جدول 3-1 خواص مربوط به نانو ذره ……………………………………………………………………………………. 71
جدول 4-1 ضریب هدایت حرارتی نانو سیال برحسب دما و کسر حجمی ……………………………………….87
جدول 4-2 خواص آب دیونیزه ………………………………………………………………………………………….. 93
فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول 4-3 مقایسه عددی نتایج تجربی با مدل های تخمین لزجت نسبی در دمای20 ……………………128
جدول 4-3 مقایسه عددی نتایج تجربی با مدل های تخمین لزجت نسبی در دمای25 ……………………130
جدول 4-4 مقایسه عددی نتایج تجربی با مدل های تخمین لزجت نسبی در دمای35 ……………………130
جدول 4-5 مقایسه عددی نتایج تجربی با مدل های تخمین لزجت نسبی در دمای45 ……………………131
جدول 4-6 مقایسه عددی نتایج تجربی با مدل های تخمین لزجت نسبی در دمای55 ……………………132
جدول 4-7 مقایسه عددی نتایج تجربی با مدل های تخمین لزجت نسبی در دمای25 ……………………133
جدول 4-8 نتایج آزمایشگاهی ضریب هدایت گرمایی نانوسیال …………………………………………………138
جدول 4-9 نتایج آزمایشگاهی ضریب هدایت گرمایی نسبی………………………………………………………138
جدول 4-10 نتایج آزمایشگاهی لزجت دینامیکی نانوسیال ………………………………………………………..139
جدول4-11 نتایج آزمایشگاهی لزجت نسبی…………………………………………………………………………..139
فهرست اشکال
عنوان صفحه
شکل 2-1 تعداد مقالات یافت شده با جستجوی کلمات Nanofluids یا Nanofluid در Engineeringدر سال 2008 ………………………………………………………………………………………………………………………………… 13
شکل 2-2 نانو سیال به دست آمده از روش مرحله ای ………………………………………………………………. 17
شکل 2-3 نانو سیال آب و اکسید مس به دست آمده از روش تک مرحله ای ……………………………….. 18
شکل 2-4 اثر انباشتگی به بهبود ضریب هدایت گرمایی نانو سیال ……………………………………………….. 36
شکل 2-5 وجود یک مقدار بهینه برای انباشتگی نانو ذرات ……………………………………………………….. 37
شکل 2-6 گرادیان سرعت و همچنین تنش برشی برای یک سیال نیوتنی ……………………………………… 50
شکل 2-7 کاهش لزجت با افزایش درجه حرارت …………………………………………………………………… 58
شکل 3-1 تصویر TEM …………………………………………………………………………………………………….. 70
شکل 3-2 تصویر XRD …………………………………………………………………………………………………….. 70
شکل 3-3 دستگاه اندازه گیری لزجت بروکفیلد ……………………………………………………………………… 73
شکل 3-4 روش های مختلف اندازه گیری ضریب هدایت گرمایی نانو سیالات …………………………….. 74
شکل 3-5 شماتیک دستگاه اندازه گیری با روش سیم داغ گذرا ………………………………………………… 74
شکل 3-6 دستگاه اندازه گیری تجربی به روش صفحات موازی پایا ……………………………………………. 75
شکل 3-7 دیاگرام شماتیک دستگاه اندازه گیری تجربی به روش TPS ……………………………………….. 76
شکل 3-8 سطح مقطع برش خورده تجهیزات اندازه گیری به روش استوانه های هم مرکز ………………. 76
شکل 3-9 دستگاه اندازه گیری تجربی به روش نوسانی دما ……………………………………………………….. 77
شکل 3-10 دستگاه اندازه گیری ضریب هدایت گرمایی بر پایه روش مقایسه حرارتی ……………………. 78
فرم در حال بارگذاری ...
|
[سه شنبه 1399-07-01] [ 01:21:00 ب.ظ ]
|
