Експериментальне дослідження впливу наночастинок ТiO2 на теплофізичні властивості холодоагенту R141b

Автор(и)

  • Olga Khliyeva Одеська національна академія харчових технологій вул. Канатна, 112, м. Одеса, Україна, 65039, Україна https://orcid.org/0000-0002-3592-4989
  • Tetiana Lukianova Одеська національна академія харчових технологій вул. Канатна, 112, м. Одеса, Україна, 65039, Україна https://orcid.org/0000-0001-8513-9746
  • Yury Semenyuk Одеська національна академія харчових технологій вул. Канатна, 112, м. Одеса, Україна, 65039, Україна https://orcid.org/0000-0002-3489-0262
  • Vitaly Zhelezny Одеська національна академія харчових технологій вул. Канатна, 112, м. Одеса, Україна, 65039, Україна https://orcid.org/0000-0002-0987-1561

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.147960

Ключові слова:

холодоагент R141b, нанофлюїд R141b/наночастинкиTiO2, густина, поверхневий натяг, питома ізобарна теплоємність, теплопровідність, в’язкість

Анотація

Наведено результати експериментального дослідження теплофізичних властивостей холодоагенту R141b, розчину R141b/поверхнево-активна речовина (ПАР) Span-80 і нанофлюїду R141b/Span-80/наночастинки TiO2. Вміст як ПАР, так і наночастинок TiO2 у об’єктах дослідження складав 0,1 мас. %.

Виміри проведено на лінії кипіння в інтервалах температур (273...293) K для густини, (293...343) K для поверхневого натягу, (300...335) K для динамічної в’язкості, (293...348) K для теплопровідності, (261...334) K для ізобарної теплоємності.

Показано, що вплив ПАР та наночастинок TiO2 на густину холодоагенту R141b був незначним і сумірним із невизначеністю експериментальних даних (до 0,08 %). Добавки сумісно ПАР та наночастинок TiO2 сприяли зниженню поверхневого натягу R141b на величину до 0,3 % у порівнянні з чистим R141b. Добавки сумісно ПАР та наночастинок TiO2 в R141b сприяли збільшенню в’язкості на (0,8...1,0) %, а добавки ПАР призводилили до суттєвого зниження в’язкості – на (3,5...5,0) % у порівнянні з в’язкістю чистого R141b. Показано, що добавки ПАР в R141b суттєво не впливають на теплопровідність (ефект не перевищував 0,25 %), а добавки сумісно ПАР та наночастинок TiO2 призводять до збільшення теплопровідності холодоагенту (0,3...1) %. Було зафіксовано зниження на (1,5...2,0) % питомої ізобарної теплоємності при введенні у R141b сумісно ПАР та наночастинок TiO2 та незначне збільшення теплоємності при додаванні ПАР (до 1,0 %).

Зроблено висновок, що вплив добавок наночастинок та ПАР на теплофізичні властивості холодоагенту R141b є неоднозначним та непрогнозованим. Результати експериментальних досліджень впливу наночастинок на теплофізичні властивості холодоагенту підтверджують необхідність розробки методів моделювання цих властивостей на основі урахування наявності на поверхні наночастинок структурованої фази базової рідини або ПАР

Біографії авторів

Olga Khliyeva, Одеська національна академія харчових технологій вул. Канатна, 112, м. Одеса, Україна, 65039

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра теплофізики та прикладної екології

Tetiana Lukianova, Одеська національна академія харчових технологій вул. Канатна, 112, м. Одеса, Україна, 65039

Аспірант

Кафедра теплофізики та прикладної екології

Yury Semenyuk, Одеська національна академія харчових технологій вул. Канатна, 112, м. Одеса, Україна, 65039

Доктор технічних наук, доцент

Кафедра теплофізики та прикладної екології

Vitaly Zhelezny, Одеська національна академія харчових технологій вул. Канатна, 112, м. Одеса, Україна, 65039

Доктор технічних наук, професор

Кафедра теплофізики та прикладної екології

Посилання

  1. Mahbubul, I. M., Fadhilah, S. A., Saidur, R., Leong, K. Y., Amalina, M. A. (2013). Thermophysical properties and heat transfer performance of Al2O3/R-134a nanorefrigerants. International Journal of Heat and Mass Transfer, 57 (1), 100–108. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2012.10.007
  2. Alawi, O. A., Sidik, N. A. C. (2014). Influence of particle concentration and temperature on the thermophysical properties of CuO/R134a nanorefrigerant. International Communications in Heat and Mass Transfer, 58, 79–84. doi: https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2014.08.038
  3. Mahbubul, I. M., Saidur, R., Amalina, M. A. (2013). Influence of particle concentration and temperature on thermal conductivity and viscosity of Al2O3/R141b nanorefrigerant. International Communications in Heat and Mass Transfer, 43, 100–104. doi: https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2013.02.004
  4. Zhelezny, V., Geller, V., Semenyuk, Y., Nikulin, A., Lukianov, N., Lozovsky, T., Shymchuk, M. (2018). Effect of Al2O3 Nanoparticles Additives on the Density, Saturated Vapor Pressure, Surface Tension and Viscosity of Isopropyl Alcohol. International Journal of Thermophysics, 39. doi: https://doi.org/10.1007/s10765-018-2361-8
  5. Solangi, K. H., Kazi, S. N., Luhur, M. R., Badarudin, A., Amiri, A., Sadri, R. et. al. (2015). A comprehensive review of thermo-physical properties and convective heat transfer to nanofluids. Energy, 89, 1065–1086. doi: https://doi.org/10.1016/j.energy.2015.06.105
  6. Azmi, W. H., Sharif, M. Z., Yusof, T. M., Mamat, R., Redhwan, A. A. M. (2017). Potential of nanorefrigerant and nanolubricant on energy saving in refrigeration system – A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 69, 415–428. doi: https://doi.org/10.1016/j.rser.2016.11.207
  7. Kakaç, S., Pramuanjaroenkij, A. (2016). Single-phase and two-phase treatments of convective heat transfer enhancement with nanofluids – A state-of-the-art review. International Journal of Thermal Sciences, 100, 75–97. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2015.09.021
  8. Alawi, O. A., Sidik, N. A. C., Mohammed, H. A. (2014). A comprehensive review of fundamentals, preparation and applications of nanorefrigerants. International Communications in Heat and Mass Transfer, 54, 81–95. doi: https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2014.03.001
  9. Maheshwary, P. B., Handa, C. C., Nemade, K. R. (2018). Effect of Shape on Thermophysical and Heat Transfer Properties of ZnO/R-134a Nanorefrigerant. Materials Today: Proceedings, 5 (1), 1635–1639. doi: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2017.11.257
  10. Peng, H., Lin, L., Ding, G. (2015). Influences of primary particle parameters and surfactant on aggregation behavior of nanoparticles in nanorefrigerant. Energy, 89, 410–420. doi: https://doi.org/10.1016/j.energy.2015.05.116
  11. Patil, M., Kim, S., Seo, J.-H., Lee, M.-Y. (2015). Review of the Thermo-Physical Properties and Performance Characteristics of a Refrigeration System Using Refrigerant-Based Nanofluids. Energies, 9 (1), 22. doi: https://doi.org/10.3390/en9010022
  12. Sun, B., Yang, D. (2013). Experimental study on the heat transfer characteristics of nanorefrigerants in an internal thread copper tube. International Journal of Heat and Mass Transfer, 64, 559–566. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2013.04.031
  13. Trisaksri, V., Wongwises, S. (2009). Nucleate pool boiling heat transfer of TiO2–R141b nanofluids. International Journal of Heat and Mass Transfer, 52 (5-6), 1582–1588. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2008.07.041
  14. Bhattad, A., Sarkar, J., Ghosh, P. (2018). Improving the performance of refrigeration systems by using nanofluids: A comprehensive review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 82, 3656–3669. doi: https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.10.097
  15. Suganthi, K. S., Parthasarathy, M., Rajan, K. S. (2013). Liquid-layering induced, temperature-dependent thermal conductivity enhancement in ZnO–propylene glycol nanofluids. Chemical Physics Letters, 561-562, 120–124. doi: https://doi.org/10.1016/j.cplett.2013.01.044
  16. Zhelezny, V. P., Motovoy, I. V., Ustyuzhanin, E. E. (2017). Prediction of nanofluids properties: the density and the heat capacity. Journal of Physics: Conference Series, 891, 012347. doi: https://doi.org/10.1088/1742-6596/891/1/012347
  17. Zhelezny, V., Lozovsky, T., Gotsulskiy, V., Lukianov, N., Motovoy, I. (2017). Research into the influence OF AL2O3 nanoparticle admixtures on the magnitude of isopropanol molar volume. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (5 (86)), 33–39. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.97855
  18. Aybar, H. Ş., Sharifpur, M., Azizian, M. R., Mehrabi, M., Meyer, J. P. (2015). A Review of Thermal Conductivity Models for Nanofluids. Heat Transfer Engineering, 36 (13), 1085–1110. doi: https://doi.org/10.1080/01457632.2015.987586
  19. Meyer, J. P., Adio, S. A., Sharifpur, M., Nwosu, P. N. (2015). The Viscosity of Nanofluids: A Review of the Theoretical, Empirical, and Numerical Models. Heat Transfer Engineering, 37 (5), 387–421. doi: https://doi.org/10.1080/01457632.2015.1057447
  20. Khliyeva, O. et. al. (2017). An experimental study of heat transfer coefficient and internal characteristics of nucleate pool boiling of nanofluid R141b/TiO2. 1st European Symposium on Nanofluids (ESNf2017), 162–165.
  21. Khliyeva, O., Lukianova, T., Semenyuk, Y., Zhelezny, V., Nikulin, A. (2018). An experimental study of the effect of nanoparticle additives to the refrigerant r141b on the pool boiling process. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (8 (94)), 59–66. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.139418
  22. Zhelezny, P. V., Zhelezny, V. P., Procenko, D. A., Ancherbak, S. N. (2007). An experimental investigation and modelling of the thermodynamic properties of isobutane–compressor oil solutions: Some aspects of experimental methodology. International Journal of Refrigeration, 30 (3), 433–445. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2006.09.007
  23. Zhelezny, V. P., Lukianov, N. N., Khliyeva, O. Y., Nikulina, A. S., Melnyk, A. V. (2017). A complex investigation of the nanofluids R600а-mineral oil-AL2O3 and R600а-mineral oil-TiO2. Thermophysical properties. International Journal of Refrigeration, 74, 488–504. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2016.11.008
  24. Lemmon, E. W., Huber, M. L., McLinden M. O. (2002). NIST reference fluid thermodynamic and transport properties – REFPROP. NIST standard reference database, 23.
  25. Zhelezny, V. et. al. (2018). Caloric properties of R600a solutions in compressor oil containing fullerenes C60. 13th IIR Gustav Lorentzen Conference on Natural Refrigerants (GL2018). Proceedings. Valencia. doi: http://doi.org/10.18462/iir.gl.2018.1176
  26. Shimchuk, N. A., Geller, V. Z. (2014). Influence of various factors on the thermal conductivity of nanofluids. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (11 (72)), 35–40. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2014.31386
  27. Tertsinidou, G. J., Tsolakidou, C. M., Pantzali, M., Assael, M. J., Colla, L., Fedele, L. et. al. (2016). New Measurements of the Apparent Thermal Conductivity of Nanofluids and Investigation of Their Heat Transfer Capabilities. Journal of Chemical & Engineering Data, 62 (1), 491–507. doi: https://doi.org/10.1021/acs.jced.6b00767

##submission.downloads##

Опубліковано

2018-11-22

Як цитувати

Khliyeva, O., Lukianova, T., Semenyuk, Y., & Zhelezny, V. (2018). Експериментальне дослідження впливу наночастинок ТiO2 на теплофізичні властивості холодоагенту R141b. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(5 (96), 33–42. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.147960

Номер

Том 6 № 5 (96) (2018): Прикладна фізика

Розділ

Прикладна фізика

Ліцензія

Авторське право (c) 2018 Olga Khliyeva, Tetiana Lukianova, Yury Semenyuk, Vitaly Zhelezny

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.