بررسي آزمايشگاهي مشخصه‌هاي انجماد نانوسيال و مدل‌سازي به روش منطق فازي

Experimental investigation and fuzzy logic modelling of nanofluid solidification behavior

در اين مقاله اثر افزودن نانوذره تيتانيا بر رفتار انجمادي نانوسيال در غلظت‌هاي جرمي 0.01%، 0.02%، 0.04% مورد مطالعه قرار مي‌گيرد. در اين ارتباط، شاخصه‌هاي مهم در انجماد شامل درجه فراسرمايش، زمان انجماد، دماي تشكيل هسته و دماي تغيير فاز به روش آزمايشگاهي اندازه‌گيري شده است. براي انجام آزمايشات از دستگاه مولد سرما برپايه سيكل تبريد تراكمي استفاده شده است. نتايج آزمايش نشان مي‌دهد افزودن نانوذرات اثر قابل توجهي بر بهبود رفتار انجمادي سيال پايه دارد؛ به‌طوري كه مقايسه نتايج فرايند انجماد سيال پايه و نانوسيال نشان مي‌دهد كه حضور نانوذرات در سيال موجب كاهش قابل توجه زمان انجماد و درجه فراسرمايش و افزايش دماي تشكيل هسته سيال پايه مي‌گردد. در مقايسه با آب ديونيزه، غلظت 0.04% جرمي نانوذره سبب كاهش 70% زمان انجماد، كاهش 69% در درجه فراسرمايش و افزايش 29 درصدي در دماي تشكيل هسته شده است. نتايج همچنين نشان مي‌دهد كه شار حرارتي برداشت‌شده در فرايند انجماد نانوسيال تيتانيا بيش از شار حرارتي سيال پايه است. همچنين در اين تحقيق، نتايج آزمايشگاهي ميزان كسر جرمي گذراي مايع در زمان انجماد در مقايسه با نتايج به‌دست آمده از منطق فازي مورد بررسي قرارمي‌گيرد. براساس نتايج حاصل از مدل‌سازي، منطق فازي روش قابل اطمينان در ارايه نتايج كسر جرمي گذراي مايع در زمان‌هاي مختلف است. ارزيابي دقت مدل ارايه شده در مقايسه با نتايج آزمايشگاهي نشان مي‌دهد ميانگين خطاي نسبي منطق فازي در غلظت‌هاي ناچيز، كمتر است.

In this paper, the important characteristics of solidification including supercooling degree, solidification time, nucleation temperature, phase change temperature which effect on efficiency are experimentally studied. A purposely designed experimental device was used to investigate the solidification characteristics of titania nanofluid (0.01%wt. 0.02% wt. and 0.04%wt.). The results clearly reveal that adding titania nanoparticles to Deionized water as a base fluid can reduce the time of solidification, phase change temperature and supercooling degree. By adding 0.04% wt. titania nanoparticles, the solidification time, phase change temperature and supercooling degree are reduced by 70%, 18%, 69% while nucleation temperature is enhanced by 29%. Thus, the time of solidification is more affected by adding nanoparticles than other solidification characteristics. Further, the experimental results show that nanofluid heat flux is higher than that of base fluid. Also, a comparison of Fuzzy logic modelling and experimental results for liquid fraction is studied. The results reveal that the fuzzy logic modelling is a reliable and powerful technique for predicting the liquid transient fraction. From the results it is also concluded that extremely low concentration of titania has low average error.