De impact van nanovloeistoffen op eenfasige convectieve warmteoverdracht in microkanalen

Het doel van dit proefschrift is om het effect van de aanwezigheid van nanodeeltjes in de basisvloeistof op eenfase convectieve warmteoverdracht in microkanalen onder laminaire condities te begrijpen. Daarom is eenfase stroming experimenteel onderzocht door silicium rechthoekige microkanalen met behulp van zowel water als verschillende op water gebaseerde nanovloeistoffen en suspensies, d.w.z. Al2O3-water, TiO2-water, en polystyreen-water in de vloeistofkring. De warmteoverdrachtprestaties van de nanovloeistoffen en van het water zijn geëvalueerd en vergeleken. De totale convectieve warmteoverdrachtscoëfficiënt is gelijktijdig verkregen met de nanodeeltjesgrootteverdeling via Light Extinction Spectroscopy techniek (LES).

De LES-techniek is eerst toegepast op goed gedispergeerde colloïden wanneer de vloeistof in rust is. De beoordeling van de techniek is numeriek en experimenteel uitgevoerd op PS-water colloïden. Met andere woorden, de gevoeligheidsanalyses op het ruisniveau en op de deeltjes complexe brekingsindex discrepanties zijn uitgevoerd. In het bijzonder is het experimenteel gekarakteriseerde ruisprofiel opgenomen in numerieke simulaties. Bovendien is gebleken dat een golflengtespectrum dat beperkt is tot het gebied met een hoge signaal-ruisverhouding, de LES-inversies verbetert. Bovendien heeft de in-situ kalibratie van het complexe brekingsindexspectrum de kwaliteit van de LES-resultaten verbeterd. Als gevolg daarvan zijn zowel mono- als bi-modale grootteverdelingen experimenteel verkregen. Meer bepaald vertonen de monomodale verdelingen de grootste afwijking van 16% voor de mediane diameter, de volume-gemiddelde diameter, de getalconcentratie en het dispersieniveau.

Vervolgens is de LES opstelling aangepast voor de convectieve warmteoverdracht experimenten met nanovloeistoffen als een in-situ, real-time, en niet-intrusieve optische meettechniek. Tijdens deze experimenten zijn de clustering van nanodeeltjes en de daaruit voortvloeiende tribologische effecten op de kanaalwanden geobserveerd via de LES-techniek zonder enige vloeistofbemonstering. Het materiaalverlies door slijtage-erosie-corrosieverschijnselen van de nanodeeltjesclusters op de kanalen kon op geen enkele wijze worden verholpen, zelfs niet bij lage Reynoldsgetallen, ondanks verschillende soorten nanodeeltjesmaterialen die zijn getest. Er is geen significante verbetering van de warmteoverdracht verkregen met het gebruik van nanovloeistoffen in vergelijking met water.