Skip to main content
SUPERVISOR
Nasrin Etesami,Mohsen Nasresfahany
نسرین اعتصامی (استاد مشاور) محسن نصراصفهانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Norvan Keshishian namagerdi
نوروان کشیشیان نماگردی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389
In this thesis, the effect of silica nanoparticles on mass transfer in a circular tube was studied by using electrochemical limiting current technique in both laminar and turbulent flow regimes. Silica nanoparticles with an average size of about 7-13nm was used to prepare electrolyte nanofluids. Base fluid was composed of equimolar potassium ferri-ferrocyanide and sodium hydroxide. The ferricyanide and ferrocyanide are electroactive ions that are diffusing to the cathode and anode surface, respectively. Sodium hydroxide is inert electrolyte eliminating migration of electroactive ions and establishing diffusion controlled reaction on the electrode surface. Underdeveloped concentration and fully developed hydrodynamic profile was considered. The validation results for experimental setup showed good agreement between experimental measurements and analytical solution for conditions of developing concentration and fully developed hydrodynamics in laminar flow. Measurements for laminar regime indicated that mass transfer coefficient increased with nanofluid volume fraction up to 0.0057% and decreased with increasing the volume fraction of nanoparticles further. Maximum enhancement in mass transfer reached 21% at Reynolds number of 326. It was also observed that by constant value of diffusion coefficient as base electrolyte fluid, at optimum concentration of 0.005714vol% silica nanoparticle the boundary layer thickness has the greatest reduction in thickness. Random Brownian motions and stochastic disturbance fields of micro convections hold the key to augment mass transfer also with mediation of electrophoresis near the wall. Adsorbed electroactive ions onto nanoparticles that desire to reach the surface of the electrode cause augmentation in mass transfer. Hindering act of nanoparticles against diffusion of electroactive ions is liable for decreasing trend for nanofluids with concentration above 0.005714vol% . In turbulent flow regime presence of silica nanoparticles shed no significant improvement probably because eddies play the key role in traort. As silica nanoparticles have low density, high shear rate near the wall in turbulent flow regime become more comfortable to take effect for inducing particles migration from wall to the core of the tube therefore, due to this effect combined with thinner boundary layer thickness, silica nanofluid doesn’t demonstrate augmentation effect compared with laminar flow regime. Keywords: Nano fluid- Mass transfer- Electrochemical limiting diffusion current technique- silica nanoparticle
در این پژوهش انتقال جرم در نانوسیال الکترولیتی درون لوله مدور مستقیم افقی در جریان آرام و درهم کاملاً توسعه یافته هیدرودینامیکی و در حال توسعه غلظتی به روش الکتروشیمیایی بررسی شده است. در این پژوهش از نانوذره اکسید سیلیکا با قطر متوسط 13-7 نانومتر برای ساخت نانوسیال استفاده شده است. محلول الکترولیت شامل فرو-فری سیانید و سدیم هیدرواکسید می باشد. از روش جریان حدی برای اندازه گیری ضریب انتقال جرم نانوسیال بطور مستقیم استفاده شده است و به منظور ایجاد کنترل کنندگی واکنش کاتدی اندازه کاتد بسیارکوچکتر از آند در نظر گرفته شده است، برای ساخت الکترود ها از جنس استیل 316 استفاده شده است. ضریب انتقال جرم اندازه گیری شده برای سیال پایه با روابط تئوری و تجربی مقایسه شده که خطای متوسط 2/18 درصد را برای جریان آرام و خطای متوسط 47/29 درصد را برای جریان درهم نشان داده است. نانوسیال با غلظت های حجمی بین 0002/0% تا 02/0% نیز مورد آزمایش قرار گرفته که ضریب انتقال جرم اندازه گیری شده در جریان درهم تفاوتی را با ضریب انتقال جرم در سیال پایه نشان نمی دهد. ولی در جریان آرام ضریب انتقال جرم در نانوسیال الکترولیتی با افزایش غلظت نانوذره ابتدا افزایش سپس کاهش را موجب می شود که در غلظت حجمی 005714/0% بیشترین افزایش را بمقدار متوسط 25/15 درصد نشان می دهد همچنین نتایج نشان دادند که ضریب انتقال جرم افزایش یافته با افزایش رینولدز کاهش می یابند. با توجه به اینکه نانوذرات بسیار کوچکتر از ضخامت لایه مرزی می باشند بنابرین توانایی حرکت در لایه مرزی غلظتی را دارا می باشند پس نانوذرات وارد فیلم غلظتی شده و به واسطه میکروجابجایی با ایجاد اختلاط ضخامت لایه مرزی را کاهش می دهد و موجب افزایش در انتقال جرم می شوند.همچنین حرکات بروانی نانوذرات نیز در نانوسیال موجب ایجاد میکرو جابجایی شده و نفوذ جرم را بطور غیر مستقیم تقویت می کند از طرف دیگر نانوذرات با جذب سطحی یون های فعال، به واسطه حرکت بروانی و همچنین با توجه به وجود نفوذ الکتروفرسیز یون های فعال تمایل دارند به سطح الکترود برسند و افزایش انتقال جرم را موجب شوند البته این مکانیسم ها فقط در جریان آرام موثر واقع شد زیرا در جریان درهم ادی ها و همچنین مهاجرت ذرات به واسطه گرادیان القایی برش نقش غالب را ایفا می کنند و نقش نانوذرات اکسید سیلیکا در جریان درهم کاهش می یابد. در غلظت های بالای نانوذرات، انتقال جرم کاهش یافته است که دلیل این کاهش را به این صورت می توان عنوان کرد که با افزایش غلظت تمایل نانوذرات به چسبیدن به هم افزایش می یابد و حالت کلوخه شدن در آنها ایجاد می شود که در این صورت با افزایش اندازه ذرات حرکات بروانی برای ذرات بزرگتر از حد نانو نقش خود را از دست داده و از طرف دیگر در غلظت های بالای نانوذرات، ذرات به صورت مانعی در برابر انتقال جرم در آمده و کاهش در انتقال جرم را موجب می شوند. کلمات کلیدی:1-ضریب انتقال جرم 2-نانوسیالات 3-الکتروشیمی 4-هیدرودینامیک

ارتقاء امنیت وب با وف بومی