Skip to main content
SUPERVISOR
Nasrin Etesami,Mohsen Nasresfahany
نسرین اعتصامی (استاد مشاور) محسن نصراصفهانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Hossein Beigi
حسین بیکی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1386

TITLE

Investigation of mass transfer of Al2O3 and TiO2 nonofluids in a circular tube using electrochemical technique
In this thesis, mass transfer of ferricyanide ions through electrolyte nanofluids in a circular tube at laminar and turbulent flow was investigated experimentally. Two different nanoparticcles were used to prepare electrolyte nanofluids. Electrolyte nanofluids consisted of 40 nm ?-Al 2 O 3 and 1-3 nm TiO 2 nanoparticles suspended in ferri-ferrocyanide and aqueous sodium hydroxide as base fluid. Well known electrochemical limiting diffusion current technique was used to measure mass transfer coefficients in fully developed hydrodynamics and under developed mass transfer region. The effect of volume concentration of TiO 2 and ?-Al2O3 nanoparticles and Reynolds number were studied. Diffusion coefficient of dye in distillated water base nanofluids was also investigated experimentally. The effect of nanoparticles concentration and temperature were studied on diffusion coefficients of dye in nanofluids. Measurements showed that mass transfer coefficient increased with concentration of nanofluids up to optimum nanoparticles concentrations and then decreased. The optimum concentration for ?-Al 2 O 3 nanoparticles in laminar and turbulent flow was the same and equal to 0.01% while the optimum concentrations for TiO 2 nanoparticles in laminar and turbulent flow were 0.03% and 0.015%, respectively. The average augmentation for ?-Al 2 O 3 /nanofluids and TiO 2 /nanofluids under laminar flow was about 13.7% and 35.86% and under turbulent flow was about 10.06% and 17.66% compared with the base liquid, respectively. Optimum nanoparticles volume concentration is inversely proportional to nanoparticles size. The concentration boundary layer thickness is well thicker than nanoparticles diameter. Thus, because of micro convection and migration of ultrafine nanoparticles inside the concentration boundary layer, which is well thicker than nanoparticles sizes, boundary layer becomes thinner and mass transfer intensifies. For higher concentrations of nanoparticles, greater than optimum concentrations, the mass transfer coefficient in electrolyte nanofluids decreases with increasing the concentration of nanoparticles. Convective velocity of Brownian nanoparticles depends on average size and type of nanoparticles. This is more affected by smaller and lighter nanoparticles. In the present study, smaller nanoparticles are more effective than bigger nanoparticles on mass transfer. Nanoparticles type, however, has a little effect on mass transfer in ENFs. For mass transfer in nanofluids, nanoparticles Brownian motion and clustering are efficacious. Nanoparticles in laminar flow regime are more effective than turbulent flow regime. The mass transfer enhancement in electrolyte nanofluids was independent of Reynolds numbers. The manner of diffusion coefficients in nanofluids was same as mass transfer coefficients of electrolyte nanofluids with nanoparticles concentrations. The diffusion coefficients of dye in ?-Al 2 O 3 /nanofluids and TiO 2 /nanofluids were 4.06 and 8.42 fold greater than that in distillated water. Optimum concentration in diffusion coefficients experiments was dependent on nanoparticles average size and type and nanofluids temperature. Optimum concentrations increase with increasing the nanofluids temperature. Keywords: Mass Transfer coefficients, Diffusion Coefficients, Electrolyte Nanofluids, Electrochemical Limiting Diffusion Current Technique
در این پژوهش انتقال جرم نانوسیالات جاری درون لوله در دو رژیم آرام و درهم بصورت آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفته است. ضریب انتقال جرم نانوسیالات با استفاده از روش الکتروشیمی در ناحیه کاملا توسعه یافته سرعتی و در حال توسعه غلظتی اندازه گیری شده است. در این پژوهش از دو نوع نانوذره ?-Al 2 O 3 با اندازه متوسط nm 40 و TiO 2 با اندازه nm 3-1 در تهیه نانوسیالات استفاده شده است. سیال پایه در آزمایش های ضریب انتقال جرم محلول الکترولیت می باشد. محلول الکترولیت شامل پتاسیم فرو-فری سیانید و سدیم هیدرواکسید می باشد. نتایج آزمایش های ضریب انتقال جرم نشان داد که ضریب انتقال جرم در نانوسیالات با افزایش غلظت نانوذرات ابتدا افزایش و سپس کاهش می یابد. به این ترتیب برای غلظت نانوذرات غلظت بهینه وجود دارد که در آن میزان انتقال جرم بیشینه است. غلظت حجمی بهینه برای نانوذرات ?-Al 2 O 3 در رژیم جریان آرام و درهم برابر با %01/0 می باشد در حالی که غلظت حجمی بهینه برای نانوذرات TiO 2 در رژیم جریان آرام و درهم به ترتیب برابر با %03/0 و %015/0 می باشد. غلظت حجمی بهینه نانوذرات با اندازه آن ها نسبت عکس دارد. بطور متوسط افزایش ضریب انتقال جرم در نانوسیالات ?-Al 2 O 3 و TiO 2 در رژیم جریان آرام بترتیب تقریباً برابر با %7/13 و %86/35 و در رژیم جریان درهم تقریبا برابر با %06/10 و %66/17 می باشد. اثر نانوذرات TiO 2 بر روی انتقال جرم نسبت به نانوذرات ?-Al 2 O 3 بهتر است و میزان افزایش در رژیم جریان آرام نسبت به درهم محسوستر است. ضخامت لایه غلظتی بسیار بزرگ تر از اندازه نانوذرات می باشد. بنابراین بواسطه میکرو-جابجایی و مهاجرت نانوذرات درون لایه غلظتی، ضخامت آن کاهش و به تبع آن انتقال جرم افزایش می یابد. همچنین حرکت بروانی نانوذرات به صورت غیر مستقیم بر روی افزایش نفوذ جرم در نانوسیالات موثر است. حرکت بروانی نانوذرات درون نانوسیالات سبب به وجود آمدن میکروجابجایی و پخش جرم در نانوسیالات شده و نفوذ جرم را به طور غیر مستقیم تقویت می کند. البته برخی از پژوهشگران معتقدند که حرکت بروانی نانوذرات تأثیری بر سرعت نفوذ جرم در نانوسیالات ندارد و نیاز به پژوهش و آزمایش بیشتر در این زمینه می باشد. در غلظت های بالای نانوذرات (بزرگ تر از غلظت بهینه) ضریب انتقال جرم با افزایش غلظت نانوذرات کاهش می یابد. با افزایش غلظت نانوذرات، تجمع آن‌ها بیشتر شده و احتمال چسبیده شدن ذرات به یکدیگر افزایش می یابد. در نتیجه ذرات با اندازه بزرگ‌تر و حجیم تر نسبت به نانوذره، تولید می شود. ذرات بزرگ شدیداً حرکت بروانی را تحت تأثیر قرار می دهند و موجب کاهش آن می شوند و به تبع آن میکرو جابجایی و پدیده پخش ضعیف می شود و انتقال جرم کاهش می یابد. حرکت بروانی نانوذرات و تجمع آن ها دو مکانیسم تاثیر گذار بر انتقال جرم در نانوسیالات می باشند. اندازه گیری ها نشان دادند که ضریب انتقال جرم افزایش یافته با افزایش عدد رینولدز کاهش می یابد. اثر دما و غلظت نانوذرات بر ضریب نفوذ در نانوسیالات بر پایه آب مقطر مورد بررسی قرار گرفت. محدوده دمایی آزمایش ها از o C 25 تا o C 35 می باشد. در آزمایش های تعیین ضریب نفوذ روندی مشابه آزمایش های ضریب انتقال جرم مشاهده شد. غلظت بهینه برای نانوذرات در آزمایش های ضریب نفوذ به اندازه نانوذرات و دمای نانوسیال وابسته است. غلظت بهینه نسبت عکس با اندازه نانوذرات دارد و همچنین با افزایش دمای نانوسیال، افزایش می یابد. بیشترین میزان افزایش در ضریب نفوذ رنگ در نانوسیالات ?-Al 2 O 3 در دمای o C 25 رخ می دهد و 06/4 برابر ضریب نفوذ در آب مقطر می باشد. بیشترین میزان افزایش ضریب نفوذ رنگ در نانوسیالات TiO 2 در دمای o C 35 رخ می دهد و 42/8 برابر ضریب نفوذ رنگ در آب مقطر می باشد. کلمات کلیدی: 1- ضریب انتقال جرم 2-ضریب نفوذ 3-نانوسیالات 4-روش الکتروشیمی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی