اهمیت نانوسیال های دارای نانولوله های کربنی اصلاح سطح شده در افزایش توان گرمایی مبدل های پوسته ـ لوله و صفحه ای

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسنده

گروه مهندسی شیمی، دانشکده ی نفت و پتروشیمی، دانشگاه حکیم سبزواری، سبزوار، ایران

چکیده

با توجه به ویژگی­ های یگانه نانولوله های کربنی و توانایی های نهفته آن­ ها به ویژه در ساختار یگانه و ویژگی­ های فیزیکی، شیمیایی و گرمایی آن­ ها، در این پژوهش تلاش شده که با ایجاد اصلاح سطحی به دو روش فیزیکی و شیمیایی و تغییر کنترل شده این ویژگی ها، برای استفاده ویژه از آن در صنایع مرتبط به ویژه نفت و گاز مورد بررسی و پژوهش قرار گیرد. با توجه به ساختار شبکه ای کربنی این نانوذره و ویژگی آب­ گریزی آن، از دو فناوری اکسیداسیون به عنوان یک روش شیمیایی و پگیلاسیون سطحی یا پلیمره کردن نانولوله توسط پلیمر پلی اتیلن گلایکول به عنوان یک روش فیزیکی برای تغییر ویژگی آب ­گریزی آن به آب­دوست استفاده شده است. نتیجه­ ها بیانگر تغییر دلخواه این پارامترها در شرایط گوناگون هستند و از این جهت قابلیت توزیع بهینه آن را در محیط های آلی یا آبی و یا هر دو را فراهم می نماید. از داده های این بخش در شبیه سازی گرمایی نانوسیال ­های مرتبط با آن­ها در دو مبدل پرکاربرد پوسته ـ لوله و صفحه ای بر اساس یک الگوی استاندارد طراحی مبدل ها، استفاده شده است. نتیجه­ها بیانگر افزایش محسوس برداشت گرمایی با استفاده از این نانوسیال ­ها دارد. این نتیجه­ ها می­ تواند برای افزایش توان گرمایی سیال­های فرایندی و همچنین برای افزایش راندمان مبدل­ های گرمایی موجود و درحال استفاده، مفید و کاربردی باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Saidur R., Leong K.Y., Mohammad H.A., A Review on Applications and Challenges of Nanofluids, Rene. Sus. Ener. Rev., 15(3): 1646-68 (2011).
[2] Taylor R., Coulombe S., Otanicar T., Phelan P., Gunawan A., Lv W., Rosengarten G., Prasher  R., Tyagi H., Small Particles, Big Impacts: A Review of the Diverse Applications of Nanofluids, J. Appl. Phys.,  113(1):  011301 (2013).
[3] Mohebbi K., Rafee R., Talebi F., Effects of Rib Shapes on Heat Transfer Characteristics of Turbulent Flow of Al2O3-Water Nanofluid inside Ribbed Tubes, Iran. J. Chem. Chem.  Eng.(IJCCE), 34(3): 61-77 (2015).
[5] Chang M.-H., Liu H.-S., Tai C.Y., Preparation of Copper Oxide Nanoparticles and Its Application in Nanofluid, Pow. Tech.,  207(1–3):  378-86 (2011).
[6] Keblinski P., Phillpot S. R., Choi S.U.S., Eastman J.A., Mechanisms of Heat Flow in Suspensions of Nano-Sized Particles (Nanofluids), Int. J. Heat Mass Transfer, 45(4): 855-63 (2002).
[7] Habibzadeh S., Kazemi-Beydokhti A., Khodadadi A.A., Mortazavi Y., Omanovic S., Shariat-Niassar M., Stability and Thermal Conductivity of Nanofluids of Tin Dioxide Synthesized Via Microwave-Induced Combustion Route, Chem. Eng. J.,  156(2):  471-78 (2010).
[8] Kazemi-Beydokhti A., Heris S. Z., Moghadam N., Shariati-Niasar M., Hamidi A.A., Experimental Investigation of Parameters Affecting Nanofluid Effective Thermal Conductivity, Chem. Eng. Comm., 201(5): 593-611 (2014).
[9] Jafari A., Shahmohammadi A., Mousavi S.M., CFD Investigation of Gravitational Sedimentation Effect on Heat Transfer of a Nano-Ferrofluid, Iran. J. Chem. Chem.  Eng.(IJCCE), 34(1): 87-96 (2015).
[10] Iijima S., Nature354:  56 (1991).
[11] De Volder, M.F.L., Tawfick S.H., Baughman R.H., Hart A.J., Carbon Nanotubes: Present and Future Commercial Applications, Science339(6119): 535-39 (2013).
[12] Zhang H., Li H.X., Cheng H.M., Water-Soluble Multiwalled Carbon Nanotubes Functionalized with Sulfonated Polyaniline, J. Phys. Chem. B,  110(18): 9095-9099 (2006).
[13] Kazemi-Beydokhti A., Hajiabadi S.H., Sanati A., Surface Modification of Carbon Nanotubes as a Key Factor on Rheological Characteristics of Water Based Drilling Muds, Iran. J. Chem. Chem.  Eng.(IJCCE), 37(4): 1-14 (2018).
[14] Stevens, J.L., Huang A.Y., Peng H., Chiang I.W., Khabashesku V.N., Margrave J.L., Sidewall Amino-Functionalization of Single-Walled Carbon Nanotubes through Fluorination and Subsequent Reactions with Terminal Diamines, Nano Lett., 3(3): 331-36 (2003).
[15] Zhao B., Brittain W.J., Polymer Brushes: Surface-Immobilized Macromolecules, Prog. in Poly. Science,  25(5): 677-710 (2000).
[16] Georgakilas V., Kordatos K., Prato M., Guldi D. M., Holzinger M., Hirsch A., Organic Functionalization of Carbon Nanotubes, J. Amer. Chem. Soci.,  124(5):  760-61 (2002).
[17] Sano, M., Kamino A., Okamura J., Shinkai S., Self-Organization of PEO-graft-Single-Walled Carbon Nanotubes in Solutions and Langmuir-Blodgett Films, Langmuir,  17(17):  5125-28 (2001).
[18] Pompeo F., Resasco D.E., Water Solubilization of Single-Walled Carbon Nanotubes by Functionalization with Glucosamine, Nano Lett.,  2(4):  369-73 (2002).
[19] Van Thu, L., Cao Long N., Quoc Trung L., Trinh Tung N., Duc Nghia N., Minh Thanh V., Surface Modification and Functionalization of Carbon Nanotube with Some Organic Compounds, Adv.Nat. Sciences: Nanoscience and Nanotechnology, 4(3): 035017 (2013).
[20] Hong C.-Y., You Y.-Z., C.-Y. Pan, A New Approach to Functionalize Multi-Walled Carbon Nanotubes by the Use Of Functional Polymers, Polymer,  47(12):  4300-09 (2006).
[21] Eitan, A., Jiang K., Dukes D., Andrews R., Schadler L.S., Surface Modification of Multiwalled Carbon Nanotubes:  Toward the Tailoring of the Interface in Polymer Composites, Chem. Mat.,  15(16):  3198-201 (2003).
[22] Kanbur Y., Küçükyavuz Z., Surface Modification and Characterization of Multi-Walled Carbon Nanotube, Fullerenes, Nanotubes and Carbon Nanostructures, 19(6): 497-504 (2011).
[23] Ravelli, D., Merli. D., Quartarone E., Profumo A., Mustarelli P., Fagnoni M., PEGylated Carbon Nanotubes: Preparation, Properties and Applications, RSC Advances, 3(33): 13569-82 (2013).
[24] Chattopadhyay J., de Jesus Cortez F., Chakraborty S., Slater N.K.H., Billups W.E., Synthesis of Water-Soluble PEGylated Single-Walled Carbon Nanotubes, Chem. Mate.,  18(25):  5864-68 (2006).
[25] Kazemi-Beydokhti A., Zeinali Heris S., Thermal /optimization of Combined Heat and Power (CHP) Systems Using Nanofluids, Energy44(1): 241-47 (2012).
[26] Pak B.C., Cho Y.I., Hydrodynamic and Heat Transfer Study of Dispersed Fluids with Submicron Metallic Oxide Particles,  Expe. Heat Tran., 11(2): 151-70 (1998).
[27] Brinkman H.C., The Viscosity of Concentrated Suspensions and Solutions, J. Chem. Phys., 20(4): 571-71 (1952).
[28] Gherasim I., Roy G., Nguyen C.T., Vo-Ngoc D., Experimental Investigation of Nanofluids in Confined Laminar Radial Flows, Int. J. Ther. Scie.,  48(8): 1486-93 (2009).