بررسي تجربي تاثير افزودن گرافن بر بهبود ضريب انتقال حرارت جابه جايي در سامانه آب/اتيلن گلايكول در جريان آرام

Experimental investigating the effect of adding of graphene on the improvement of convective heat transfer coefficient of water/ethylene glycol system in laminar flow

يكي از روش هاي كاهش اندازه تجهيزات انتقال حرارت، افزايش ضريب انتقال حرارت جابه جايي سيال است. هدف اصلي از اين پژوهش طراحي و توليد نوعي نانوسيال بر پايه آب و اتيلن گلايكول است. بدين منظور ابتدا گرافن با استفاده از روش الكتروشيميايي توليد و ساختار آن توسط طيف هاي واپاشي پرتو ايكس (XRD)، تبديل فوريه فروسرخ (FTIR) و تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) و ميكروسكوپ الكتروني انتقالي (TEM) مورد بررسي و تاييد قرار گرفت. با استفاده از درصدهاي وزني مختلف از نانوگرافن شامل 0/25، 0/5، 0/75، 1، 1/25 و 1/5% نانوسيال آب/اتيلن گلايكول/گرافن توليد گرديد. سديم دو دسيل سولفات (SDS) به عنوان فعال كننده سطحي جهت بهبود پايداري گرافن درون سيال پايه استفاده شد. سامانه آزمايشگاهي طراحي شده شامل لوله مارپيچ با دماي ديواره ثابت و مجهز به كنترل كننده دبي و نشانگر دما و فشار بود. عدد ناسلت و افت فشار براي آب خالص توسط سامانه آزمايشگاهي اندازه گيري و با مدل هاي تجربي موجود در اين زمينه مقايسه گرديد و مشخص شد كه سامانه به خوبي قادر به پيش بيني نتايج است. ضريب انتقال حرارت جابه جايي، عدد ناسلت و نرخ انتقال حرارت با استفاده از سامانه مذكور براي آب/اتيلن گلايكول با نسبت وزني 60 به 40 و نيز نانوسيال با درصدهاي مختلف از گرافن در دبي هاي مختلف بررسي گرديد. نتايج مشخص ساخت كه با افزودن 1% وزني گرافن به سيال پايه ضريب انتقال حرارت جابه جايي حدود 50% افزايش مي يابد در حاليكه افت فشار نيز حدود 50% افزايش نشان مي دهد. در نهايت يافته هاي اين پژوهش پتانسيل استفاده از سامانه آب/اتيلن گلايكول/گرافن را در تجهيزات سرمايشي/گرمايشي مورد تاييد قرار مي دهد.

One of the miniaturization of heat transfer equipment is enhancing the convective heat transfer coefficient. The main aim of this study is design and producing a kind of nanofluid based on water and ethylene glycol. Graphene was synthesized via electrochemical method and its successful production was confirmed with XRD, FTIR spectrum and, SEM and TEM images. By using different amount of graphene i.e. 0.25, 0.5, 0.75, 1, 1.25, and 1.5%, water/ethylene glycol/graphene nanofluid was produced. Sodium dodecyl sulfate (SDS) was used as surfactant to improve graphene stability in the base fluid. The designed experimental setup was composed of spiral tube with constant wall temperature and equipped with flow meter and pressure and temperature indicators. Nusselt number and pressure drop were measured for pure water and compared with those obtained from theoretical relations and it was found that the setup works properly. Convective heat transfer coefficient, Nusselt number, and heat transfer rate were investigated for water/ethylene glycol (60/40 wt.%) and nanofluid with different amount of graphene using experimental setup. The results showed that by adding 1 wt.% graphene into the based fluid the convective heat transfer coefficient increased about 50% while pressure drop was also increased about 50%. Overall, the findings of this research work support the potential of water/ethylene glycol/graphene nanofluid for using in heating/cooling equipment.