بررسی ویژگی های گرمافیزیکی و شارش شناسی نانوذره‌های هیبریدی اکسیدهای فلزی آهن نقره–مس برپایه ساختار کربنی نقاط کوانتومی برای استفاده درسامانه‌های انتقال گرما در الگوی جریان آشفته
محورهای موضوعی : مهندسی شیمیحمید موسوی 1 , سیدمصطفی طباطبائی قمشه 2 * , علیمراد رشیدی 3 , معصومه میرزائی 4
1 - دانشجوی دکترا گروه مهندسی شیمی، واحد ماهشهر، دانشگاه آزاد اسلامی، ماهشهر، ایران
2 - استادیار گروه مهندسی شیمی، واحد ماهشهر، دانشگاه آزاد اسلامی، ماهشهر، ایران
3 - استاد مهندسی شیمی، پژوهشکده نانو، پژوهشگاه صنعت نفت، تهران، ایران.
4 - دانشیار گروه مهندسی شیمی، واحد ماهشهر، دانشگاه آزاد اسلامی، ماهشهر، ایران
کلید واژه: نانوسیال های پایه نقاط کوانتوم کربنی, ضریب رسانندگی گرمایی, ضریب انتقال گرما جابه‌جایی, نانوذره های هیبریدی,
چکیده مقاله :
در این پژوهش، نانوهیبرید های آهن- نقاط کوانتوم کربنی، نقره - نقاط کوانتوم کربنی و مس - نقاط کوانتوم کربنی با روش شیمیایی تر تهیه شدند. نمونه های تهیه شده با روش های پراش پرتو ایکس (XRD)، طیف سنجی فروسرخ تبدیل فوریه (FTIR)، میکروسکوپی الکترونی روبشی (SEM) و میکروسکوپی الکترونی عبوری (TEM) شناسایی شدند. همچنین، آزمون های پایداری پراکندگی نور پویا (DLS) و زتا (Zeta) نیز انجام شد. پس از تهیه نقاط کوانتوم کربنی CQDs))، این مواد با آهن ، نقره و مس هیبرید و در سیال پایه (آب) به طور یکنواخت با دستگاه فراصوت (کاوندی) پراکنده شدند. همچنین، گران روی و چگالی به صورت تابعی از غلظت نانوذره ها و دما بررسی شدند. با توجه به نتیجه های به دست آمده، تغییرهای چگالی و گران روی در غلظت های پایین نانوذره ها، قابل چشم پوشی بود. ضریب رسانندگی گرمایی (k) و ضریب انتقال گرما جابه جاییh) ) اندازه گیری شد تا بهبود انتقال گرما با نانوذره های تهیه شده ارزیابی شود. غلظت های تهی شده از این نانوذره ها به ترتیب 05/0 ،1/0 و 5/0درصد وزنی بودند. بیشترین بهبود در ضریب رسانندگی گرمایی 25 درصد در غلظت 5/0درصد وزنی در دمای C° 45 برای نانوذره های هیبریدشده مس- نقاط کوانتوم کربنی گزارش شد. همچنین، بیشترین بهبود در ضریب انتقال گرما جابه جایی درعدد رینولدز 15529 برای نانوذره های نقره–نقاط کوانتوم کربنی 29 درصد بود.
In this work, nano-hybrids of iron-carbon quantum dots, silver-carbon quantum dots, and copper– carbon quantum dots were synthesized and prepared by a wet chemical method. After examining their thermal and thermophysical properties, the thermal conductivity (k) was measured and the heat transfer coefficient (h) for turbulent flow was compared. The synthesized samples were characterized with Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diffraction (XRD), tunneling electron microscopy (TEM), and scanning electron microscopy (SEM). Zeta, and dynamic light scattering (DLS) stability tests were also performed for the synthesized samples. The prepared carbon quantum dots and hybridized-iron, silver, and copper samples were distributed in the base fluid (water) by ultrasonic probe device. Viscosity and density were examined as a measure of nanoparticle concentration and temperature. Also, the heat capacity of synthesized nanoparticles was measured at different temperatures, but the changes in density and heat capacity at low concentrations of nanoparticles were not significant. Then the thermal conductivity (k) and the heat transfer coefficient (h) were measured to improve the heat transfer by the synthesized nanoparticles. The synthesized nanoparticles were prepared and analyzed for three different concentrations of 0.05, 0.1, and 0.5 wt. %. The greatest improvement in thermal conductivity 25 % at a concentration 0.5 wt. % and 45 °C was for hybridized copper nanoparticles-carbon quantum dots. Also, the highest improvement in heat transfer coefficient (h) was reported in Reynolds number 15529 for silver nanoparticles-carbon quantum dots improvement was about 29 %. In addition, copper nanoparticles-carbon quantum dots with a 20 % improvement in transfer heat transfer coefficient reported.
مراجع
[1] Sidik, N.A.C.; Mohammed, H.A.; Alawi, O.A.; Samion, S.; Inter.Comm. in H&M Transf. 54, 115-25, 2014.
[2] Haddad, Z.; Abid, C.; Oztop, H.F.; Mataoui, A.; J. Therm. Sci. 76, 168-89, 2014.
[3] Keblinski, P.; Eastman, J.A.; Cahill, D.G.; Materials Today 8(6), 36-44, 2005.
[4] Askari,S.; Lotfi, R.; Rashidi, A.; Koolivand, H.; Koolivand-Salooki, M.; Energy convers.& manag 128, 134-44, 2016.
[5] Cacua, K.; Ordoñez, F.; Zapata, C.; Herrera, B.; Pabón, E.; Buitrago-Sierra, R.; Physicochemical and Eng. Aspects 583, 123960, 2016.
[6] Xue, L.; Keblinski, P.; Phillpot, S.R.; Choi, S.U.S.; Eastman, J.A.; J. H.&.M Transf. 47(19-20), 4277-84, 2004.
[7] Ilyas, S.U.; Ridha, S.; Kareem, F.A.A.; A Physicochemical and Eng. Aspects 592, 124584, 2005.
[8] Keblinski, P.; Phillpot, S.R.; Choi, S.U.S.; Eastman, J.A.; J. H & M Trans. 45(4), 855-63, 2002.
[9] Safaei, A.; Nezhad, A.H.; Rashidi, A.; App.Therm. Eng. 170, 114991, 2020.
[10] Ahmed, M.S.; Elsaid, A.M.; App.Therm. Eng. 163, 114398, 2019.
[11] Chakraborty, S.; Panigrahi, P.K.; App. Therm. Eng. 115259, 2020.
[12] Choi, S.; Zhang, Z.; Yu, W.; Lockwood, F.; Grulke, E.; App. Physics Letters 79(14), 2252-4, 2001.
[13] Eastman, J.; Choi, S.; Li, S.; Yu, W.; Thompson, L.; App. Physics Letters 78(6), 718-20, 2001.
[14] Sadeghinezhad, E.; Togun, H.;Mehrali, M.; Sadeghi Nejad, P.; Ahan Latibari, S.; Abdulrazzaq, T,; Inter. J. of H & M Trans. 81, 41-51, 2015.
[15] Ghozatloo, A.; Rashidi, A.; Shariaty Niassar, M.; Exper.Therm. and Fluid Sci. 53, 136-41, 2014.
[16] Sudeep, P.M.; Taha Tijerina, J.; Ajayan, P.M.; Narayanan,T.N.; R.S.C Advances 4(47), 24887, 2014.
[17] Aravind, S.S.J.; Baskar, P.; Baby, T.T.; Sabareesh, R.K.; Das, S.; Ramaprabhu, S.; J. Physical Chemistry 11(34), 16737-44, 2011.
[18] Meibodi, M.E.; Vafaie Sefti, M.; Rashidi, A.M.; Amrollahi, A.; Tabasi, M.; Kalal, H.S.; Inter. Comm. in H & M Trans. 37(3), 319-23, 2010.
[19] Talaei, Z.; Mahjoub, A.R.; Rashidi, A.M.; Amrollahi, A.; Emami Meibodi, M.; International Comm. in H & M Trans. 38(4), 513-7, 2011.
[20] Sawai, O.; Oshima, Y.; J.Supercritical Fluids 47(2), 240-6, 2008.
[21] Jha, N.; Ramaprabhu, S.; J. Physical Chemistry 112(25), 9315-9, 2008.
[22] Theres Baby, T.; Sundara, R.; AIP Adv. 3(1), 012111, 2013.
[23] Patel, H.E.; Das, S.K.; Sundararajan, T.; Nair, A.S.; George, B.; Pradeep, T.; App. Physics Letters 83(14), 2931-3, 2003.
[24] Etefaghi, E.; Rashidi, A.M.; Gobadian, B.; Najafi, M.H.; Sidik, C.; Yadegari, A.; Wei Xian, H.; Inter. comm. in H & M trans. 90, 85-92, 2018.
[25] Jha, N.; Ramaprabhu, S.; J. Appl. Physics 106(8), 084317, 2009.
[26] Ahmadu, T.O.; Dandajeh, H.A.; FUOYE J. of Eng. and Tech. 4(2), 203-225, 2019.
[27] Chen, X.; Sun, F.; Lyu, D.; App. Therm. Eng. 162, 114252, 2019.
[28] Amini, M.; Zareh, M.; Maleki, S.; App. Therm. Eng. 175, 115268, 2020.
[29] Askari, S.; Lotfi, R.; Seifkordi, A.; Rashidi, A.M.; Koolivand, H.; Energy Conv. and Manag. 109, 10-8, 20016.
[30] Imani Mofrad, P.; Saeed, Z.H.; Shanbedi, M.; Energy Conv. and Management. 127, 199-207, 2016.
[31] Xie, X.; Zhang, Y.; He, C.; Xu, T.; Zhang, B.; Chen, Q.; Indus. & Eng.Chemistry Res. 56(20), 6022-34, 2017.
[32] Lee, P.; Meisel, D.; J. Phy. Che. 86(17), 3391-5, 1982.
[33] Stankovich, S.; Dikin, D.A.; Piner, R.D.; Kohlhaas, K.A.; Kleinhammes, A.; Jia, Y.; Carbon. 45(7), 158-65, 2007.
[34] Szabó, T.; Berkesi ,O.; Forgó, P.; Josepovits, K.; Sanakis, Y.; Petridis, D.; Chem. Mater. 18(11), 2740-9, 2006.
[35] Sarsam, W.S.; Amiri. A.; Kazi, S.; Badarudin, A.; Energy Conv. & Manag. 116, 101-11, 2016.
[36] Li, Y.; Tung, S.; Schneider, E.; Xi, S.; Powder Tec. 196(2), 89-101, 2009.
[37] Noroozi, M.; Zakaria, A.; Moksin, M,M.; Wahab, Z,A.; Abedini, A.; Inter. J molecular Sci. 13 (7), 8086-96, 2012.
[38] Sadeghi, R.; Etemad, S.G.; Keshavarzi, E.; Haghshenasfard, M.; Microfluidics and Nanofluidics 18(5-6), 1023-30, 2014.
[39] Askari, S.; Koolivand, H.; Pourkhalil, M.; Lotfi, R.; Rashidi, A.; J. Comm. in H & M Trans. 87, 30-9, 2017.
[40] Huang, J.; Wang, C.; Zhang, X.; Jia, W.; Ma, R.; Yang, Z.; Physicochemical and Eng. Aspects 581, 123805, 2019.
[41] Bazmi, M.; Askari, S.; Ghasemy, E.; Rashidi, A.; Ettefaghi, E.; J. Therm. Analysis & Cal. 138(1), 69-79, 2019.
[42] Shima, P.D.; Philip, J.; Ind. & Eng. Chemistry Res. 53(2), 980-8, 2014.
[43] Mahbubul, I.; Saidur, R.; Amalina, M.; J. H & M Transf. 55(4), 874-85 , 2012.
[44] Mishra, P.C.; Mukherjee, S.; Nayak, S.K.; Panda, A.; Inter. Nano Letters 4(4), 109-20, 2014.
[45] Agarwal, D.K.; Vaidyanathan, A.; Kumar, S.S.; Applied Thermal Engineering, 84, 64-73, 2015.
[46] Singh, R.; Sanchez, O.; Ghosh, S.; Kadimcherla, N.; Sen, S.; Balasubramanian, G.; Physics Letters 379(40), 2641-4, 2015.
[47] Estellé, P.; Materials Letters 138, 162-3, 2015.
[48] Kole, M.; Dey, T.; J.of App. Physics 113(8), 084307, 2013.
[49] Baby, T.T.; Sundara, R.; J. Phy. Chem. 115(17), 8527-33, 2011.
[50] Mukesh Kumar, P.; Kumar, J.; Tamilarasan, R.; Sendhilnathan, S.; Suresh, S.; Eng. J. 19(1), 67-83, 2015.
[51] Gnielinski, V.; Inter.Chemical Eng. 16(2), 359-68, 1976.
[52] Sadeghinezhad, E.; Mehrali, M.; Tahan Latibari, S.; Mehrali, M.; Kazi, S.; Oon, C.S.; Ind. & Eng. Chemistry Res. 53(31), 12455-65, 2014.
[53] Moffat ,R.; J. Fluids Eng. 104(2), 250-258, 1982.
[54] Yi, Y.; Jing, C.; Ning, W.; Donghu, M.; Lina, W.; Guohua, R.; Rongxin, Y.; Ning, Z.; Molecules 24(6), 1103, 2019.
[55] Xu, Y.; Bai, H.; Lu, G.; Li, C.; Shi, G.; J.American Chem. Society 130, 5856-5857, 2008.
[56] Pourhashem, S.; Ghasemy, E.; Rashidi, A.M.; Vaezi,M.R.; J. Alloys and Comp. 731, 1112-1118, 2018.
[57] Ardelean,I.; Cora, S.; J. Materials Sci. 19, 584-588, 2008.
[58] Reddy, K.; Sin, B.; Yoo, C.H.; Park, W.; Ryu, K.S.; Lee, J.; Sohn, D.; Lee, Y.; Scripta Materialia 58, 1010-1013, 2008.
_||_
مراجع
[1] Sidik, N.A.C.; Mohammed, H.A.; Alawi, O.A.; Samion, S.; Inter.Comm. in H&M Transf. 54, 115-25, 2014.
[2] Haddad, Z.; Abid, C.; Oztop, H.F.; Mataoui, A.; J. Therm. Sci. 76, 168-89, 2014.
[3] Keblinski, P.; Eastman, J.A.; Cahill, D.G.; Materials Today 8(6), 36-44, 2005.
[4] Askari,S.; Lotfi, R.; Rashidi, A.; Koolivand, H.; Koolivand-Salooki, M.; Energy convers.& manag 128, 134-44, 2016.
[5] Cacua, K.; Ordoñez, F.; Zapata, C.; Herrera, B.; Pabón, E.; Buitrago-Sierra, R.; Physicochemical and Eng. Aspects 583, 123960, 2016.
[6] Xue, L.; Keblinski, P.; Phillpot, S.R.; Choi, S.U.S.; Eastman, J.A.; J. H.&.M Transf. 47(19-20), 4277-84, 2004.
[7] Ilyas, S.U.; Ridha, S.; Kareem, F.A.A.; A Physicochemical and Eng. Aspects 592, 124584, 2005.
[8] Keblinski, P.; Phillpot, S.R.; Choi, S.U.S.; Eastman, J.A.; J. H & M Trans. 45(4), 855-63, 2002.
[9] Safaei, A.; Nezhad, A.H.; Rashidi, A.; App.Therm. Eng. 170, 114991, 2020.
[10] Ahmed, M.S.; Elsaid, A.M.; App.Therm. Eng. 163, 114398, 2019.
[11] Chakraborty, S.; Panigrahi, P.K.; App. Therm. Eng. 115259, 2020.
[12] Choi, S.; Zhang, Z.; Yu, W.; Lockwood, F.; Grulke, E.; App. Physics Letters 79(14), 2252-4, 2001.
[13] Eastman, J.; Choi, S.; Li, S.; Yu, W.; Thompson, L.; App. Physics Letters 78(6), 718-20, 2001.
[14] Sadeghinezhad, E.; Togun, H.;Mehrali, M.; Sadeghi Nejad, P.; Ahan Latibari, S.; Abdulrazzaq, T,; Inter. J. of H & M Trans. 81, 41-51, 2015.
[15] Ghozatloo, A.; Rashidi, A.; Shariaty Niassar, M.; Exper.Therm. and Fluid Sci. 53, 136-41, 2014.
[16] Sudeep, P.M.; Taha Tijerina, J.; Ajayan, P.M.; Narayanan,T.N.; R.S.C Advances 4(47), 24887, 2014.
[17] Aravind, S.S.J.; Baskar, P.; Baby, T.T.; Sabareesh, R.K.; Das, S.; Ramaprabhu, S.; J. Physical Chemistry 11(34), 16737-44, 2011.
[18] Meibodi, M.E.; Vafaie Sefti, M.; Rashidi, A.M.; Amrollahi, A.; Tabasi, M.; Kalal, H.S.; Inter. Comm. in H & M Trans. 37(3), 319-23, 2010.
[19] Talaei, Z.; Mahjoub, A.R.; Rashidi, A.M.; Amrollahi, A.; Emami Meibodi, M.; International Comm. in H & M Trans. 38(4), 513-7, 2011.
[20] Sawai, O.; Oshima, Y.; J.Supercritical Fluids 47(2), 240-6, 2008.
[21] Jha, N.; Ramaprabhu, S.; J. Physical Chemistry 112(25), 9315-9, 2008.
[22] Theres Baby, T.; Sundara, R.; AIP Adv. 3(1), 012111, 2013.
[23] Patel, H.E.; Das, S.K.; Sundararajan, T.; Nair, A.S.; George, B.; Pradeep, T.; App. Physics Letters 83(14), 2931-3, 2003.
[24] Etefaghi, E.; Rashidi, A.M.; Gobadian, B.; Najafi, M.H.; Sidik, C.; Yadegari, A.; Wei Xian, H.; Inter. comm. in H & M trans. 90, 85-92, 2018.
[25] Jha, N.; Ramaprabhu, S.; J. Appl. Physics 106(8), 084317, 2009.
[26] Ahmadu, T.O.; Dandajeh, H.A.; FUOYE J. of Eng. and Tech. 4(2), 203-225, 2019.
[27] Chen, X.; Sun, F.; Lyu, D.; App. Therm. Eng. 162, 114252, 2019.
[28] Amini, M.; Zareh, M.; Maleki, S.; App. Therm. Eng. 175, 115268, 2020.
[29] Askari, S.; Lotfi, R.; Seifkordi, A.; Rashidi, A.M.; Koolivand, H.; Energy Conv. and Manag. 109, 10-8, 20016.
[30] Imani Mofrad, P.; Saeed, Z.H.; Shanbedi, M.; Energy Conv. and Management. 127, 199-207, 2016.
[31] Xie, X.; Zhang, Y.; He, C.; Xu, T.; Zhang, B.; Chen, Q.; Indus. & Eng.Chemistry Res. 56(20), 6022-34, 2017.
[32] Lee, P.; Meisel, D.; J. Phy. Che. 86(17), 3391-5, 1982.
[33] Stankovich, S.; Dikin, D.A.; Piner, R.D.; Kohlhaas, K.A.; Kleinhammes, A.; Jia, Y.; Carbon. 45(7), 158-65, 2007.
[34] Szabó, T.; Berkesi ,O.; Forgó, P.; Josepovits, K.; Sanakis, Y.; Petridis, D.; Chem. Mater. 18(11), 2740-9, 2006.
[35] Sarsam, W.S.; Amiri. A.; Kazi, S.; Badarudin, A.; Energy Conv. & Manag. 116, 101-11, 2016.
[36] Li, Y.; Tung, S.; Schneider, E.; Xi, S.; Powder Tec. 196(2), 89-101, 2009.
[37] Noroozi, M.; Zakaria, A.; Moksin, M,M.; Wahab, Z,A.; Abedini, A.; Inter. J molecular Sci. 13 (7), 8086-96, 2012.
[38] Sadeghi, R.; Etemad, S.G.; Keshavarzi, E.; Haghshenasfard, M.; Microfluidics and Nanofluidics 18(5-6), 1023-30, 2014.
[39] Askari, S.; Koolivand, H.; Pourkhalil, M.; Lotfi, R.; Rashidi, A.; J. Comm. in H & M Trans. 87, 30-9, 2017.
[40] Huang, J.; Wang, C.; Zhang, X.; Jia, W.; Ma, R.; Yang, Z.; Physicochemical and Eng. Aspects 581, 123805, 2019.
[41] Bazmi, M.; Askari, S.; Ghasemy, E.; Rashidi, A.; Ettefaghi, E.; J. Therm. Analysis & Cal. 138(1), 69-79, 2019.
[42] Shima, P.D.; Philip, J.; Ind. & Eng. Chemistry Res. 53(2), 980-8, 2014.
[43] Mahbubul, I.; Saidur, R.; Amalina, M.; J. H & M Transf. 55(4), 874-85 , 2012.
[44] Mishra, P.C.; Mukherjee, S.; Nayak, S.K.; Panda, A.; Inter. Nano Letters 4(4), 109-20, 2014.
[45] Agarwal, D.K.; Vaidyanathan, A.; Kumar, S.S.; Applied Thermal Engineering, 84, 64-73, 2015.
[46] Singh, R.; Sanchez, O.; Ghosh, S.; Kadimcherla, N.; Sen, S.; Balasubramanian, G.; Physics Letters 379(40), 2641-4, 2015.
[47] Estellé, P.; Materials Letters 138, 162-3, 2015.
[48] Kole, M.; Dey, T.; J.of App. Physics 113(8), 084307, 2013.
[49] Baby, T.T.; Sundara, R.; J. Phy. Chem. 115(17), 8527-33, 2011.
[50] Mukesh Kumar, P.; Kumar, J.; Tamilarasan, R.; Sendhilnathan, S.; Suresh, S.; Eng. J. 19(1), 67-83, 2015.
[51] Gnielinski, V.; Inter.Chemical Eng. 16(2), 359-68, 1976.
[52] Sadeghinezhad, E.; Mehrali, M.; Tahan Latibari, S.; Mehrali, M.; Kazi, S.; Oon, C.S.; Ind. & Eng. Chemistry Res. 53(31), 12455-65, 2014.
[53] Moffat ,R.; J. Fluids Eng. 104(2), 250-258, 1982.
[54] Yi, Y.; Jing, C.; Ning, W.; Donghu, M.; Lina, W.; Guohua, R.; Rongxin, Y.; Ning, Z.; Molecules 24(6), 1103, 2019.
[55] Xu, Y.; Bai, H.; Lu, G.; Li, C.; Shi, G.; J.American Chem. Society 130, 5856-5857, 2008.
[56] Pourhashem, S.; Ghasemy, E.; Rashidi, A.M.; Vaezi,M.R.; J. Alloys and Comp. 731, 1112-1118, 2018.
[57] Ardelean,I.; Cora, S.; J. Materials Sci. 19, 584-588, 2008.
[58] Reddy, K.; Sin, B.; Yoo, C.H.; Park, W.; Ryu, K.S.; Lee, J.; Sohn, D.; Lee, Y.; Scripta Materialia 58, 1010-1013, 2008.