SUPERVISOR
Nasrin Etesami,Mohsen Nasresfahany
نسرین اعتصامی (استاد راهنما) محسن نصراصفهانی (استاد راهنما)
STUDENT
Elaheh Monajjemi Rarani
الهه منجمی رارانی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388
TITLE
Experimental Investigation of the Effects of External Fields on Viscosity of Fe3O4-EG Nanofluid
There are few previous researches on the effect of external field on thermal and rheological characteristics of nanofluids and nanomagnetic fluids. Increase in nanofluid viscosity compared to base fluid has negative effects on heat transfer and traort properties of nanofluids and therefore, trying to improve these properties by making excess motions in nanofluid would be of desire. Applying external field (magnetic or electric) on, specially, magnetic nanofluid would enhance these properties. In this study, viscosity changes of magnetic nanofluid (Fe 3 O 4 / Ethylene glycol) in the presence of external field (electric and magnetic field) were investigated experimentally. The effects of volume fraction of the suspended nanoparticles, the external electric and magnetic field intensity, the type of electric field (AC or DC), and temperature on the viscosity of the nanofluids were analyzed. The capillary tube viscometer was used for measuring the viscosity and Brookfield rotational viscometer was used characterizing the rheological behavior of base fluid and nanofluid. Fe 3 O 4 nanoparticles were dispersed in pure Ethylene glycol as base fluid in 0.01, 0.015, 0.02, 0.035 and 0.05% volume fraction concentrations. The viscosity of the magnetic nanofluids was measured in either the absence or the presence of the external fields. The accuracy of capillary viscometer was examined by comparing of experimental data in different temperature to reference data. The obtained results from rotational viscometer indicated that the base fluid and nanofluid have Newtonian behavior in the experimental conditions. Addition of nanoparticles in to the base fluid decreases its viscosity. The viscosity reduces from 6.3 to 10.1% with increasing nanoparticle concentration from 0.01 to 0.05Vol%. Changes of base fluid viscosity and nanofluids viscosity were investigated under different intensities of DC and AC electric fields. Results showed that the viscosity decreases with application of DC and AC electric fields. The effect of DC electric field on decreasing the viscosity of the magnetic nanofluids is greater than AC electric field, but about the base fluid, the effect of AC electric field is greater. Also, the effect of magnetic field perpendicular to the direction of flow on the viscosity of magnetic nanofluids was investigated. The magnetic field was applied by two strong magnets on both sides of the capillary tube and magnetic field intensity was controlled by changing in the distance of magnet segments. Increase in the magnetic field intensity cause viscosity reduction. Also, the viscosity decreases with exposure time increase of nanofluids in the magnetic field. No effect was observed on viscosity of base fluid under magnetic field. Increase in concentration of nanoparticles leads to increase in the effect of electric and magnetic fields. Key words: Viscosity, nanofluid, ethylene glycol, Fe 3 O 4 nanoparticles, capillary tube viscometer, electric field, magnetic field
تاکنون مطالعات بسیار محدودی در زمینه اثر میدان¬های خارجی بر خواص حرارتی و رئولوژیکی نانوسیالات مختلف و نیز نانوسیالات مغناطیسی انجام گرفته است. از آنجائیکه افزایش ویسکوزیته در نانوسیالات نسبت به سیال پایه می تواند اثرات نامطلوبی بر خواص انتقال حرارت جابجایی آنها بگذارد، بررسی روشی که بتواند با ایجاد حرکت های اضافی در نانوسیالات سبب افزایش خواص انتقال حرارت و بهبود خواص حرکتی نانوسیال گردد، می تواند بسیار مؤثر باشد. اعمال میدان های خارجی( مغناطیسی و الکتریکی) بر نانوسیالات به خصوص نانوسیالات مغناطیسی می تواند خواص حرکتی و حرارتی نانوسیال را تحت تأثیر قرار دهد. با توجه به محدود بودن مطالعات انجام گرفته روی ویسکوزیته و خواص رئولوژیکی نانوسیالات مغناطیسی، در این تحقیق تغییرات ویسکوزیته نانوسیال مغناطیسی Fe 3 O 4 در اتیلن گلیکول در حضور میدان های خارجی(الکتریکی و مغناطیسی)، به صورت آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفت. برای اندازه گیری ویسکوزیته از ویسکومتر لوله موئین و برای بررسی رفتار رئولوژیکی سیال پایه و نانوسیال از ویسکومتر چرخشی بروکفیلد استفاده شد. سیال پایه اتیلن گلیکول خالص بود و از نانوذرات مغناطیسی Fe 3 O 4 در غلظت های 01/0، 015/0، 02/0، 035/0 و 05/0 درصد حجمی استفاده شد. جهت بررسی صحت عملکرد ویسکومتر مورد استفاده، ویسکوزیته سیال پایه در دماهای مختلف اندازه گیری شده و با مقادیر موجود در منابع مقایسه شد. نتایج به دست آمده از ویسکومتر چرخشی حاکی از آن است که سیال پایه و نانوسیال در محدوده مورد آزمایش رفتار نیوتنی از خود نشان می دهند. افزودن نانوذرات به سیال پایه باعث کاهش ویسکوزیته آن شد. با افزایش غلظت نانوذرات از 01/0 درصد تا 05/0 درصد، ویسکوزیته از 3/6 تا 1/10 درصد کاهش پیدا کرد. برای بررسی اثر میدان الکتریکی، ویسکوزیته سیال پایه و نانوسیال با غلظت های مختلف تحت میدان های الکتریکی مستقیم و متناوب با شدت های متفاوت اندازه گیری شد. با افزایش شدت میدان الکتریکی در هر دو حالت DC و AC، ویسکوزیته نانوسیال و همچنین ویسکوزیته سیال پایه کاهش یافت. همچنین جهت بررسی اثر میدان مغناطیسی، ویسکوزیته نانوسیال اکسید آهن در اتیلن گلیکول در حضور میدان مغناطیسی ثابت و عمود بر جهت حرکت سیال اندازه گیری شد. میدان مغناطیسی به وسیله دو قطعه آهنربا که در اطراف لوله موئین قرار داده می شوند، اعمال شده است. نتایج نشان داد که ویسکوزیته نانوسیال مغناطیسی با افزایش شدت میدان مغناطیسی و همچنین با افزایش زمانی که نانوسیال در معرض میدان قرار می گیرد، کاهش می یابد. با اعمال میدان مغناطیسی بر سیال پایه، تغییر محسوسی در ویسکوزیته آن مشاهده نشد. با افزایش غلظت نانوذرات، تأثیر میدان الکتریکی و میدان مغناطیسی افزایش یافت. بیشترین میزان کاهش ویسکوزیته(2/4%)، تحت حداکثر شدت میدان اعمال مغناطیسی شده و برای نانوسیال با غلظت 05/0% بود. همچنین ویسکوزیته سیال پایه و نانوسیال با غلظت 05/0 درصد در محدوده دمایی 20 تا 35 درجه سانتیگراد، در غیاب و در حضور میدان های خارجی اندازه گیری و با یکدیگر مقایسه شد. تحقیق حاضر اولین کار تجربی در زمینه بررسی خواص حرکتی نانوسیال اکسید آهن(Fe 3 O 4 ) در اتیلن گلیکول تحت میدان الکتریکی است. کلمات کلیدی: ویسکوزیته، نانوسیال، اتیلن گلیکول، نانوذرات Fe 3 O 4 ، ویسکومتر لوله موئین، میدان الکتریکی، میدان مغناطیسی