This study investigates the effects of nanoparticle size and temperature on the thermal conductivity enhancement of water-based alumina ($Al_2O_3$) nanofluids, using the centrifuging method and relative centrifugal forces of differing magnitude to produce nanofluids of three different particles without involving any dispersants or surfactants. We determined the coupling dependency in thermal conductivity enhancement relative to nanoparticle size and temperature of the alumina nanofluids and also experimentally showed that the effect of temperature on thermal conductivity is strongly dependent on nanoparticle size. Also, our experimental data presented that the effective medium theory models such as the Maxwell model and Hasselman and Johnson model are not sufficient to explain the thermal conductivity of nanofluids since they cannot account for the temperature- and size-dependent nature of water-based alumina nanofluids.
In this paper, hydraulic & thermal developing and fully developed laminar forced convection flow of a water-$Al_2O_3$ nanofluid in a circular horizontal tube with uniform heat flux at the wall, are investigated numerically. A single phase model employed with temperature independent properties. The thermal entrance length is presented in this paper. The variations of the convective heat transfer coefficient and shear stress are shown in the entrance region and fully developed region along different nanoparticles concentration and Reynolds numbers. Convective heat transfer coefficient for nanofluids is larger than that of the base fluid. It is shown that heat transfer is enhanced and shear stress is increased as the particle volume concentration increases. The heat transfer improves, as Reynolds number increases.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.17
no.4
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pp.312-317
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2005
The objectives of this paper are to study the absorption characteristics of $NH_3$ bubbles in the binary nanofluids and to quantify the effects of surfactants and nano-particles on the bubble absorption performance. 2-Ethyl-1-Hexanol, n-Octanol, and 2-Octanol are used as the surfactants and nano-sized $Al_{2}O_3$ and Cu particles are added to make the binary nanofluids into $NH_3/H_{2}O$ solution. The concentration of $NH_3$ solution ($x_s$), the concentration of surfactants ($x_{SA}$), and the mass fraction of nano-particles ($w_{np}$) are considered as key parameters. The experimented ranges of $x_s,\;x_{SA},\;and\;w_{np}$ are $0{\sim}17.92\%,\;0{\sim}1,500\;ppm\;and\;0{\sim}0.2\%$, respectively. The absorption rates are calculated by measuring initial and final weights of test section and exposed time. In addition, the bubble absorption processes are visualized using the shadow graphic method. The results show that the absorption performance is significantly enhanced up to 4 times by adding the surfactants and up to 3 times in the binary nanofluids.
The effects of the surfactant type, i.e., CTAB(cationic), SDS(anionic), and GA(polymeric), on the stability of 0.1 vol.% $Al_2O_3$ nanofluids were investigated. The changes in size and zeta potential of nanoparticles in nanofluids with pH, surfactant concentration, and time were experimentally observed. The nanofluids adding CTAB, which ionizes of the same charge with the bare particle surface, was found to have the best stability regardless of the surfactant concentration, whereas those with SDS became unstable under low surfactant concentration conditions, i.e. lower than the critical micellel concentration(CMC), before the charge reversal occurred. With higher SDS concentration over CMC, they became stable. Gum Arabic, which had been used often to stabilize the nanofluids, was also tested. In result, it was found that the type and concentration of surfactants to add should be selected considering pH and the sign of the bare particle surface charge.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.20
no.6
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pp.82-91
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2021
We compared the heat transfer characteristics of the parallel and the counterflow flow in the concentric double tube of the Al2O3/water nanofluids using numerical methods. The high- and low-temperature fluids flow through the inner circular tube and the annular tube, respectively. The heat transfer characteristics according to the flow direction were compared by changing the volume flow rate and the volume concentration of the nanoparticles. The results showed that the heat transfer rate and overall heat transfer coefficient improved compared to those of basic fluid with increasing the volume and flow rate of nanoparticles. When the inflow rate was small, the heat transfer performance of the counterflow was about 22% better than the parallel flow. As the inflow rate was increased, the parallel flow and the counterflow had similar heat transfer rates. In addition, the effectiveness of the counterflow increased from 10% to 22% rather than the parallel flow. However, we verified that the increment in the friction factor of the counterflow is not large compared to the increment in the heat transfer rate.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.19
no.3
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pp.233-239
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2006
Two different nanofluids were prepared by dispersing $Al_{2}O_3$ nanoparticles in transformer oil after hydrophobic surface modification. The agglomerated alumina nanoparticles with diameters from ${\mu}m$ to mm were ball-milled and then treated with surfactants such as lauric acid, stearic acid and oleic acid. The surface characteristics of modified nanoparticles were examined by FTIR spectroscopy. It showed that the hydrophobicity of nanoparticles was caused by esterification between hydroxyl groups on the particle surface and functional groups of surfactant. The shape and size distribution of ball-milled particles were analyzed by TEM and PSA. The results compared with the primary particles indicated that the size distributions of nanoparticles were dependant on milling times. The dispersion stability of modified nanoparticles dispersed in oil was highly dependent on the composition and amounts of surfactants.
After a severe accident to the nuclear reactor, the in-vessel retention strategy is a key way to prevent the leakage of radioactive material. Nanofluid is a steady suspension used to improve heat-transfer characteristics of working fluids, formed by adding solid particles with diameters below 100nm to the base fluids, and its thermal physical properties and heat-transfer characteristics are much different from the conventional working fluids. Thus, nanofluids with appropriate nanoparticle type and volume concentration can enhance the heat-transfer process. In this study, the moving particle semi-implicit method-meshless advection using flow-directional local grid method is used to simulate the bubble growth, departure, and sliding on the downward-facing heating surface in pure water and nanofluid (1.0 vol.% $Al_2O_3/H_2O$) flow boiling processes; additionally, the bubble critical departure angle and sliding characteristics and their influence are also investigated. The results indicate that the bubble in nanofluid departs from the heating surface more easily and the critical departure inclined angle of nanofluid is greater than that of pure water. In addition, the influence of nanofluid on bubble sliding is not significant compared with pure water.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.37
no.10
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pp.887-894
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2013
Effective thermal conductivity of nanofluids has been predicted by using generalized self-consistent model and modified Eshelby model, which have been used for analysis of material properties of composites. A nanolayer between base fluid and nanoparticle, one of key factors for abrupt enhancement of thermal conductivity of nanofluids, is included in the analysis. The effective thermal conductivities of the nanofluid predicted by the present study show good agreement with those by models in the literature for the nanolayer with a constant or linear thermal conductivity. The predicted results by the present approach have been confirmed to be consistent with experiments for representative nanofluids such as base fluids of water or ethyleneglycol and nanoparticles of $Al_2O_3$ or CuO to be validated.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2005.11a
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pp.151-152
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2005
Both $Al_2O_3$ and AlN nanopowders with diameters from ${\mu}m$ to mm were bead-milled and surface-modified by stabilizing agent. The size of bead-milled nanoparticles compared with the primary powder was effectively decreased and was dependent on milling time and bead size. The results of dispersion stability analysis indicated that chemical bonding between nanoparticles and surfactant is more effective than chemical adsorption to prepare the stable transformer oils containing nanoparticles. In this study, the thermal conductivity of the transformer oils containing nanoparticles was measured by transient hot-wire and laser flash methods.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2005.07a
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pp.44-45
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2005
Both $Al_2O_3$ and $SiO_2$ nanopowders were ball-milled to break large agglomerates$(500nm\sim10{\mu}m$). To improve the dispersion of ball-milled nanoparticles in transformer oil, surface modification was performed with oleic acid(OA). The modified nanoparticles were examined by the particle size analyzer, electron microscope, Infrared spectroscopy and stability analyser. Particle Size distributions were measured for ball-milled particles, and the results were compared with the size distribution of primary particles. FTIR results indicated that hydrophobicity of modified nanoparticles was due to the chemical reaction between hydroxyl groups of particle surface and oleic acid. The dispersion stability of surface-modified nanoparticles was quite good in transformer oil.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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