International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제9권4호
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pp.382-393
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2016
Flow over a bluff body is an attractive research field in thermal engineering. In the present study, laminar flow over a confined heated square cylinder using CuO-Water nanofluid is considered. Unsteady two-dimensional Navier-Stokes and energy equations are solved numerically using finite volume method (FVM). Recent correlations for the thermal conductivity and viscosity of nanofluids, which are function of nanoparticle volume fraction, temperature and nanoparticle diameter, have been employed. The results of numerical solution are obtained for Richardson number, nanoparticle volume fractions and nanoparticle diameters ranges of 0-1, 1-5% and 30-100 nm respectively for a fixed Reynolds number of Re = 150. At a given volume concentration, the investigations reveal that the decreasing in size of nanoparticles produces an increase in heat transfer rates from the square cylinder and a decrease in amplitude of the lift coefficient. Also, the increment of Nusselt number is more pronounced at higher concentrations and higher Richardson numbers.
본 연구에서는 산화구리(CuO) 나노분말과 순수 물을 혼합하여 제조한 나노유체를 이용하여 가열된 고체표면에 있어서 나노유체 액적의 증발특성에 대한 실험적 연구를 수행하였다. 실험결과로부터 가열된 표면에서 나노유체 액적의 증발속도는 순수 물 액적보다 증발속도가 약간 증가하는 경향이 있음을 알 수 있었으며, 이는 나노유체에 포함된 나노입자가 유체의 열전도도를 향상시켜 고체 표면에서 액적으로의 열전달이 촉진되었기 때문인 것으로 판단된다. 또한 고체의 표면조도가 커질수록 액적의 증발속도가 약간 증가하였으며, 이는 고체의 표면조도가 커질수록 고체-액체의 접촉 면적이 증가하여 열전달이 촉진되었기 때문인 것으로 추정된다.
An experimental study was conducted on the film boiling of nanofluid droplets at a surface temperature range of 300 to 500℃. The nanofluid was made by mixing pure water with copper oxide powder of diameter of 80 nm. The initial volume of the nanofluid droplet ranged from about 21 to 44 ㎕, and the volume, base diameter, and time were measured during the evaporation process. It was found that nanofluid droplets evaporate faster as the surface temperature increases. Also experimental results showed the droplets evaporate quickly at the beginning of evaporation, but as the volume of the droplets decreases, the evaporation rate gradually slows down, and this trend becomes stronger as the surface temperature increases. In addition, the evaporation rate of nanofluid droplets was slightly faster than that of pure water droplets, this was believed to be because the contact area of nanofluid droplets increased.
본 연구에서는 고체의 표면조도가 나노유체 액적의 접촉각에 미치는 영향에 대해 실험적 연구를 수행하였다. 나노유체는 산화구리(CuO) 나노분말을 순수 물과 혼합하여 제조하였으며, 고체는 한 변의 길이가 10 mm 정육면체 구리시편을 실험에 사용하였다. 나노유체 액적의 접촉각은 동일한 표면조도 조건에서 순수 물 액적의 접촉각 보다 다소 낮게 측정되었으며, 구리시편의 표면조도가 증가할수록 순수 물과 나노유체 액적의 접촉각은 모두 증가하고 있음을 실험결과로부터 알 수 있었다. 또한 가열-급냉(quench) 실험을 거친 구리시편 표면에서의 접촉각은 순수 표면에서의 접촉각보다 다소 낮게 측정되었으며, 이는 구리표면의 산화에 기인하는 것으로 판단된다. 그러나 가열-급냉 실험에 있어서 냉각 액체로서 순수 물과 나노유체를 사용한 경우의 액적 접촉각 측정결과들은 큰 차이가 없는 것으로 나타났으며, 이러한 실험결과로부터 냉각과정에 있어서 나노입자가 액적의 접촉각에 영향을 미칠 정도로 구리시편의 표면상태를 변화시키지 못하는 것으로 생각된다.
Bidgoli, Mahmood Rabani;Kolahchi, Reza;Karimi, Mohammad Saeed
Structural Engineering and Mechanics
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제58권1호
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pp.93-102
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2016
This article presents an experimental study on the effect of temperature and solid volume fraction of nanoparticles on the dynamic viscosity for the CuO/EG-water nanofluid. Nanoparticles with diameter of 40 nm are used in the present study to prepare nanofluid by two-step method. A "Brookfield viscometer" has been used to measure the dynamic viscosity of nanofluid with solid volume fraction up to 2% at the temperature range between 20 to $60^{\circ}C$. The findings have shown that dynamic viscosity of nanofluid increases with increasing particle volume fraction and decreasing temperature. Nine different correlations are developed on experimental data point to predict the relative dynamic viscosity of nanofluid at different temperatures. To make sure of accuracy of the proposed correlations, margin of deviation is presented at the end of this study. The results show excellent agreement between experimental data and those obtained through the correlations.
It has been shown that a nanofluid consisting of nanoparticles dispersed in base fluid has much higher effective thermal conductivity than pure fluid. In this study, four kinds of nanofluids such as multiwalled carbon nanotube (MWCNT) in water, CuO in water, SiO2in water, and CuO in ethylene glycol, are produced. Their thermal conductivities are measured by a transient hot-wire method. The thermal conductivity of water-based MWCNT nanofluid is shown to be increased by up to 11.3% at a volume fraction of 0.01. The measured thermal conductivities of MWCNT nanofluids are higher than those calculated with Hamilton-Crosser's model due to neglecting solid-liquid interaction at the interface. The results show that the thermal conductivity enhancement of nanofluids depends on the thermal conductivities of both particles and the base fluid. Stability of nanofluids is estimated by UV-vis spectrum analysis. Stability of nanofluid depends on the type of base fluid and the suspended particles. Also it can be improved in addition of a surfactant.
In order to develop better method to enhance and control the flow and heat transfer inside the radiator of electronic device, the synergistic effect of MHD nanofluids and porous medium on the flow and heat transfer in rectangular opened channel is simulated using Lattice Boltzmann method. Three nanofluids of CuO-water, Al2O3-water and Fe3O4-water are studied to analyze the influence of the type of nanofluid on the synergistic effect. The simulation results show that the porous medium can increase the flow velocity in fluid zone adjacent to the porous medium and enhance the heat transfer on the surface of the channel. Under no magnetic field, when the porosity of porous medium is 0.8, the Nusselt number is 4.46% higher than when the porosity is 0.9. Al2O3-water has the best heat transfer effect among the three nanofluids. At Ф=0.06, Ha=100, θ=90°, ε=0.9, Nu of Al2O3-water is 6.51% larger than that of CuO-water and 5.05% larger than that of Fe3O4-water. Magnetic field enhances seepage in porous medium and inhibits heat transfer in the bottom wall. When Ha=30 and 60, the inhibiting effect is the most significant as the magnetic field angle is 90°. And when Ha=100, the inhibiting effect is the most significant as the magnetic field angle is 120°.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제34권7호
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pp.981-990
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2010
The main objective of this study is to investigate the fluid flow and the heat transfer characteristics of nanofluids using multi-phase thermal LBM and to realize theenhancement of heat transfer characteristics considered in the Brownian motion. In multi-phase, fluid component($H_2O$) is driven by Boussinesq approximation, and nanoparticles component by the external force gravity and buoyancy. The effect of Brownian motion as a random movement is modified to the internal velocity of nanoparticles(Cu). Simultaneously, the particles of both the phases assume the local equilibrium temperature after each collision. It has been observed that when simulating $H_2O$-Cu nanoparticles, the heat transfer is the highest, at the particle volume fraction 0.5% of the particle diameter 10 nm. The average Nusselt number is increased approximately by 33% at the particle volume fraction 0.5% of the particle diameter 10 nm when compared with pure water.
A numerical study of a laminar natural convection of the CuO-water nanofluid in a square cavity using the Buongiorno's nonhomogeneous model is presented. All the governing equations including the volume fraction equation are discretized on a cell-centered, non-uniform grid employing the finite-volume method with a primitive variable formulation. Calculations are performed over a range of Rayleigh numbers and volume fractions of the nanopartile. From the computed results, it is shown that both the homogeneous and nonhomogeneous models predict the deterioration of the natural convection heat transfer well with an increase of the volume fraction of nanoparticle at the same Rayleigh number, which was observed in the previous experimental studies. It is also shown that the differences in the computed results of the average Nusselt number at the wall between the homogeneous and nonhomogeneous models are very small, and this indicates that the slip mechanism of the Brown diffusion and thermophoresis effects are negligible in the laminar natural convection of the nanofluid. The degradation of the heat transfer with an increase of the volume fraction of the nanoparticle in the natural convection of nanofluid is due to the increase of the viscosity and the decrease of the thermal expansion coefficient and the specific heat. It is clarified in the present study that the previous controversies between the numerical and experimental studies are owing to the different definitions of the Nusselt number.
In the present study, the homogeneous model is used to simulate the natural convection heat transfer of the CuO-water nanofluid in a concentric annular enclosure. Simulations have been carried while the Rayleigh number ranges from $10^3$ to $10^6$, solid volume fraction ranges from 0.01 to 0.04 and the radius ratio varies between 0.1 and 0.7. Results are presented in the form of streamlines, isotherm patterns and averaged Nusselt numbers for different values of solid volume fraction, radius ratio of the annulus and Rayleigh numbers. The results show that by decreasing the radius ratio and/or increasing the Rayleigh number, the averaged Nusselt number increases. Also the heat transfer rate increases as increased solid volume fractions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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