Експериментальне дослідження впливу наночастинок AL2O3 на калоричні властивості теплоносіїв на основі пропіленгліколю

Автор(и)

  • Igor Motovoy Одеська національна академія харчових технологій вул. Канатна, 112, м. Одеса, Україна, 65039, Україна https://orcid.org/0000-0002-1409-4453
  • Sergiy Artemenko Одеська національна академія харчових технологій вул. Канатна, 112, м. Одеса, Україна, 65039, Україна https://orcid.org/0000-0002-1398-1472
  • Olga Khliyeva Одеська національна академія харчових технологій вул. Канатна, 112, м. Одеса, Україна, 65039, Україна https://orcid.org/0000-0002-3592-4989
  • Vitaly Zhelezny Одеська національна академія харчових технологій вул. Канатна, 112, м. Одеса, Україна, 65039, Україна https://orcid.org/0000-0002-0987-1561
  • Yury Semenyuk Одеська національна академія харчових технологій вул. Канатна, 112, м. Одеса, Україна, 65039, Україна https://orcid.org/0000-0002-3489-0262
  • Aleksey Paskal Одеська національна академія харчових технологій вул. Канатна, 112, м. Одеса, Україна, 65039, Україна https://orcid.org/0000-0001-6569-6115

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.200126

Ключові слова:

теплоносій, пропіленгліколь, наночастинки, калоричні властивості, теплоємність, фазовий перехід, температура плавлення, адіабатний калориметр

Анотація

Нанофлюїди є перспективними теплоносіями, застосування яких сприяє підвищенню загальної ефективності енергетичних систем. Основною перепоною на шляху практичного застосування нанотеплоносіїв на основі водних розчинів пропіленгліколю є відсутність точних даних з їхніх теплофізичних властивостей. В роботі виконано експериментальне дослідження (методом адіабатної калориметрії) теплоємності та параметрів фазових перетворень тверда фаза – рідина пропіленгліколю та теплоносія на основі водного розчину пропіленгліколю. Виконано експериментальне дослідження теплоємності рідкої фази теплоносія на основі водного розчину пропіленгліколю з домішками наночастинок Al2O3 (до 2,01 мас. %) в інтервалі температур 235…338 K та пропіленгліколю з домішками наночастинок Al2O3 (1,03 мас. %) у інтервалі температур 268…335 K.

Виконано зіставлення температурної залежності ефективної теплоємності теплоносіїв зі зміною їхньої внутрішньої структури. Показано, що додавання води до пропіленгліколю збільшує температуру і теплоту фазового переходу тверда фаза – рідина (теплота фазового переходу пропіленгліколю складає 37,85 Дж∙г-1, теплоносія пропіленгліколь/вода (54/46 мас. %) – 77,97 Дж∙г-1). Показано, що домішки наночастинок Al2O3, як в пропіленгліколі, так і в теплоносії на основі водного розчину пропіленгліколю, сприяють зменшенню теплоємності рідини. Теплоємність зменшується приблизно пропорційно зростанню концентрації наночастинок. Ефект зменшення теплоємності проявляється у більшій мірі при високих температурах (на 3,9 % при 265 K та на 5,0 % при 325 K для нанотеплоносія з концентрацією наночастинок Al2O3 2,01 мас. %).

Отримані результати покращать якість проектування теплообмінного обладнання з застосуванням нанотеплоносіїв. Результати є корисними для розробки методів прогнозування питомої теплоємності нанофлюїдів

Біографії авторів

Igor Motovoy, Одеська національна академія харчових технологій вул. Канатна, 112, м. Одеса, Україна, 65039

Кандидат технічних наук

Проблемна науково-дослідна лабораторія холодильної техніки

Sergiy Artemenko, Одеська національна академія харчових технологій вул. Канатна, 112, м. Одеса, Україна, 65039

Доктор технічних наук, професор

Кафедра комп’ютерної інженерії

Olga Khliyeva, 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

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

Доктор технічних наук, професор

Кафедра теплофізики та прикладної екології

Aleksey Paskal, Одеська національна академія харчових технологій вул. Канатна, 112, м. Одеса, Україна, 65039

Аспірант

Кафедра теплофізики та прикладної екології

Посилання

  1. Gupta, M., Singh, V., Kumar, R., Said, Z. (2017). A review on thermophysical properties of nanofluids and heat transfer applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 74, 638–670. doi: https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.02.073
  2. Sekrani, G., Poncet, S. (2018). Ethylene- and Propylene-Glycol Based Nanofluids: A Litterature Review on Their Thermophysical Properties and Thermal Performances. Applied Sciences, 8 (11), 2311. doi: https://doi.org/10.3390/app8112311
  3. Pérez-Tavernier, J., Vallejo, J. P., Cabaleiro, D., Fernández-Seara, J., Lugo, L. (2019). Heat transfer performance of a nano-enhanced propylene glycol: water mixture. International Journal of Thermal Sciences, 139, 413–423. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2019.02.012
  4. Manikandan, S., Rajan, K. S. (2016). Sand-propylene glycol-water nanofluids for improved solar energy collection. Energy, 113, 917–929. doi: https://doi.org/10.1016/j.energy.2016.07.120
  5. Khliyeva, O., Ryabikin, S., Lukianov, N., Zhelezny, V. (2017). Experimental study of heat exchange and hydrodynamics at the laminar flow of nanocoolant based on propylene glycol and Al2O3 nanoparticles. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (8 (85)), 4–12. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.91780
  6. Nikulin, A., Moita, A. S., Moreira, A. L. N., Murshed, S. M. S., Huminic, A., Grosu, Y. et. al. (2019). Effect of Al2O3 nanoparticles on laminar, transient and turbulent flow of isopropyl alcohol. International Journal of Heat and Mass Transfer, 130, 1032–1044. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.10.114
  7. Riazi, H., Murphy, T., Webber, G. B., Atkin, R., Tehrani, S. S. M., Taylor, R. A. (2016). Specific heat control of nanofluids: A critical review. International Journal of Thermal Sciences, 107, 25–38. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2016.03.024
  8. Akilu, S., Baheta, A. T., Kadirgama, K., Padmanabhan, E., Sharma, K. V. (2019). Viscosity, electrical and thermal conductivities of ethylene and propylene glycol-based β-SiC nanofluids. Journal of Molecular Liquids, 284, 780–792. doi: https://doi.org/10.1016/j.molliq.2019.03.159
  9. Zhelezny, V., Khliyeva, O., Motovoy, I., Lukianov, N. (2019). An experimental investigation and modelling of the thermal and caloric properties of nanofluids isopropyl alcohol - Al2O3 nanoparticles. Thermochimica Acta, 678, 178296. doi: https://doi.org/10.1016/j.tca.2019.05.011
  10. Satti, J. R., Das, D. K., Ray, D. (2016). Specific heat measurements of five different propylene glycol based nanofluids and development of a new correlation. International Journal of Heat and Mass Transfer, 94, 343–353. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2015.11.065
  11. Chandran, M. N., Manikandan, S., Suganthi, K. S., Rajan, K. S. (2017). Novel hybrid nanofluid with tunable specific heat and thermal conductivity: Characterization and performance assessment for energy related applications. Energy, 140, 27–39. doi: https://doi.org/10.1016/j.energy.2017.08.056
  12. Sahoo, R., Ghosh, P., Sarkar, J. (2017). Performance comparison of various coolants for louvered fin tube automotive radiator. Thermal Science, 21 (6 Part B), 2871–2881. doi: https://doi.org/10.2298/tsci150219213s
  13. Dyment, O. N., Kazanskiy, K. S., Miroshnikov, A. M. (1976). Glikoli i drugie proizvodnye okisey etilena i propilena. Moscow: Himiya.
  14. Khliyeva, O. Y., Nikulina, A. S., Polyuganich, M. P., Ryabikin, S. S., Zhelezny, V. P. (2016). Viscosity of ternary solutions composed of propylene glycol, ethanol and water. Refrigeration Engineering and Technology, 52 (3), 29–35. doi: https://doi.org/10.15673/ret.v52i3.120
  15. Zhelezny, V., Motovoy, I., Khliyeva, O., Lukianov, N. (2019). An influence of Al2O3 nanoparticles on the caloric properties and parameters of the phase transition of isopropyl alcohol in solid phase. Thermochimica Acta, 671, 170–180. doi: https://doi.org/10.1016/j.tca.2018.11.020
  16. Taylor, B. N., Kuyatt, C. E. (1994). Guidelines for evaluating and expressing the uncertainty of NIST measurement results. NIST Technical Note 1297. doi: https://doi.org/10.6028/nist.tn.1297
  17. VDI Heat Atlas (2010). Springer, 1586. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-540-77877-6

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-04-30

Як цитувати

Motovoy, I., Artemenko, S., Khliyeva, O., Zhelezny, V., Semenyuk, Y., & Paskal, A. (2020). Експериментальне дослідження впливу наночастинок AL2O3 на калоричні властивості теплоносіїв на основі пропіленгліколю. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2(6 (104), 6–12. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.200126

Номер

Том 2 № 6 (104) (2020): Технології органічних та неорганічних речовин

Розділ

Технології органічних та неорганічних речовин

Ліцензія

Авторське право (c) 2020 Igor Motovoy, Sergiy Artemenko, Olga Khliyeva, Vitaly Zhelezny, Yury Semenyuk, Aleksey Paskal

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.