بررسی ویسکوزیته دینامیکی نانوسیال آب- نانولوله‌کربنی تک جداره و عوامل موثر بر آن به روش شبیه‌سازی دینامیک مولکولی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران

2 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران

چکیده

نانوسیالات به عنوان گروه­های جدیدی از محیط­های انتقال حرارت ، با دارابودن ویژگی­ های خاص و منحصر به فرد، توجه خاصی را به ویژه در دهه­ های اخیر به خود جلب کرده­ است.  دانستن مشخصه ­های نانوسیال اولین گام در مطالعه نانوسیال به شمار می ­رود که درتوصیف رفتار آن بسیار اهمیت دارد. اگرچه تاکنون تلاش­ های بسیاری برای مدلسازی خواص ترمودینامیکی نانوسیالات صورت گرفته است، اما هنوز مدلی جامع برای پیش ­بینی این خواص ارائه نشده است. در بررسی حاضر، ویسکوزیته دینامیکی نانوسیال آب- نانولوله ­کربنی ساده تک جداره به روش شبیه ­سازی دینامیک مولکولی تعادلی انجام شده است. همچنین تاثیر پارامترهای کسرحجمی، دما و قطر نانولوله­کربنی بر روی ویسکوزیته به عنوان یکی از مهم­ترین خواص ترموفیزیکی نانوسیال بررسی شده است. محدوده کسرحجمی 0.125% تا 0.734% (0.125%، 0.25%، 0.5%و 0.734%) و محدوده دمایی 25ᴏ c   -65ᴏ  c  با فاصله دمایی  مورد مطالعه قرار گرفته است. پس از شرح کامل اندرکنش بین اتم­ های سیال پایه و نانوذرات و آنالیز تابع همبستگی تنش، نتایج به دست آمده نشان می ­دهد که حضور نانوذرات در سیال پایه و افزودن کسرحجمی آن، کاهش دما و همچنین کاهش اندازه و قطر نانولوله ­کربنی سبب افزایش ویسکوزیته دینامیکی نانوسیال می­ شود که در انتها به تفسیر و جمع بندی نتایج پرداخته شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Investigation Dynamic Viscosity of Water-Single Wall Carbon Nanotube Nanofluid and Its Effective Factors By Molecular Dynamics Simulation

نویسندگان [English]

  • Fatemeh Jabbari 1
  • Ali Rajabpour 2
  • Seifollah Saedodin 1
1 Department of Mechanical Engineering, Semnan University, Semnan, Iran.
2 Department of Mechanical Engineering, Imam Khomeini International University, Ghazvin, Iran
چکیده [English]

Nanofluids as new groups of the heat transfer environments with unique and special properties have attracted particular attention in recent decades. Knowing the characteristics of the nanofluid is the first step in the nanofluid study, which is very important in describing its behavior. Although many attempts have been made to modeling the thermodynamic properties of nanofluids, a comprehensive model for predicting these properties has not yet been provided. In this work has been studied the dynamic viscosity of water-single wall carbon nanotube nanofluid and the effect of volume fraction and size of nanoparticles and nanofluid temperature on it in ranging from 〖25〗^°C to 〖65〗^°C with an interval of 10 °C and 0.125% to 0.734% (0.125%, 0.25%, 0.5%, 0.734%) respectively. After the full explanation of the interaction between base fluid and nanoparticle atoms and analyzing the shear stress autocorrelation function, the results show that the presence of nanoparticles in the base fluid and the addition of its, reducing the temperature, as well as reducing the size and diameter of the carbon nanotubes, increase the dynamic viscosity of nanofluids. Finally, the interpretation and conclusion of the results is discussed.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nanofluid
  • Dynamic Viscosity
  • Molecular Dynamics Simulation
  • Water
  • Carbon nano tube

مراجع

[1] J. Pátek, J. Hrubý, J. Klomfar, M. Součková, A.H. Harvey, Reference Correlations for Thermophysical Properties of Liquid Water at 0.1 MPa, J. Phys. Chem., 38(1) (2009) 21-29.
[2] S.U.S. Choi, J.A. Eastman, Enhancing Thermal Conductivity Of Fluids With Nanoparticles, in:  ASME International Mechanical Engineering Congress & Exposition, San Francisco, CA, 1995.
[3] A. Sergis, Y. Hardalupas, Molecular Dynamic Simulations of a Simplified Nanofluid, CMST, 20(4) (2014) 113-127.
[4] K.Y. Leong, N.M. Fadhillahanafi, S.P. Chew, Viscosity Characteristic Of Carbon Nanotube Based Nanofluids At Room Temperature, ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 11(10) (2016) 6584-6588.
[5] S.K. Kolase, V.N. Deshmukh, S. Radhakrishnan, Experimental Investigation of Heat Transfer Properties and Viscosity of CNT Based Nanofluid in Low Temperature Conditions, International Engineering Research Journal (IERJ), Special Issue 2 (2015) 4718-4725.
[6] G. Vakili-Nezhaad, M. Al-Wadhahi, A.M. Gujrathi, R. Al-Maamari, M. Mohammadi, Effect Of Temperature And Diameter Of Narrow Single-Walled Carbon Nanotubes On The Viscosity Of Nanofluid: A Molecular Dynamics Study, Fluid Phase Equilibria 434 (2017) 193-199.
[7] M. Bahiraei, Particle Migration In Nanofluids: A Critical Review, INT J THERM SCI, 109 (2016) 90-113.
[8] J. Ponmozhi, F.A.M.M. Gonçalves, A.G.M. Ferreira, I.M.A. Fonseca, S. Kanagaraj, N. Martins, M.S.A. Oliveira, Thermodynamic and Transport Properties of CNT- Water Based Nanofluids, J NANO RES-SW, 11 (2010) 101-106.
[9] S. Halelfadl, P. Estell, B. Aladag, N. Doner, T. Mar, Viscosity Of Carbon Nanotubes Water Based Nanouids: Inuence Of Concentration And Temperature, INT J THERM SCI, 71 (2013) 111-117.
[10] M. Xing, J. Yu, R. Wang, Thermo-Physical Properties Of Water-Based Single-Walled Carbon Nanotube Nanofluid As Advanced Coolant, APPL THERM ENG, 87 (2015) 344-351.
[11] Z. Said, Thermophysical And Optical Properties Of Swcnts Nanofluids, INT COMMUN HEAT MASS, 78 (2016) 207-213.
[12] M.A. Sabiha, R.M. Mostafizur, R. Saidur, S. Mekhilef, Experimental Investigation On Thermo Physical Properties Of Single Walled Carbon Nanotube Nanofluids, INT J HEAT MASS TRAN, 93 (2016) 862–871.
[13] A.S. Dalkilic, B.O. Küçükyıldırım, A.A. Eker, A. Çebi, S. Tapan, C. Jumpholkul, S. Wongwises, Experimental Investigation On The Viscosity Of Water-Cnt And Antifreeze-Cnt Nanofluids, INT COMMUN HEAT MASS, 80 (2017) 47–59.
[14] W.-Q. Lu, Q.-M. Fan, Study For The Particle’s Scale Effect On Some Thermophysical Properties Of Nanofluids By A Simplified Molecular Dynamics Method, ENG ANAL BOUND ELEM, 32(4) (2008) 282–289.
[15] G. Lu, Y.-Y. Duan, X.-D. Wang, Surface Tension, Viscosity, And Rheology Of Water-Based Nanofluids: A Microscopic Interpretation On The Molecular Level, J Nanopart Res, 16(2564) (2014) 1-11.
[16] V.Y. Rudyak, S.L. Krasnolutskii, Simulation of the Nanofluid Viscosity Coefficient by the Molecular Dynamics Method, TECH PHYS+, 60(6) (2015) 798–804.
[17] V.Ya.Rudyak, S.L.Krasnolutskii, Dependence Of The Viscosity Of Nanofluids On Nanoparticle Size And Material, PHYS LETT A, 378(26-27) (2014) 1845–1849.
[18] Z. Lou, M. Yang, Molecular Dynamics Simulations On The Shear Viscosity Of Al2o3 Nanofluids, Computers & Fluids, 117 (2015) 17-23.
[19] P.J. Daivis, D.J. Evans, Comparison Of Constant Pressure And Constant Volume Nonequilibrium Simulations Of Sheared Model Decane, J CHEM PHYS, 100(1) (1994) 541-547.
[20] M. Mondello, G.S. Grest, Viscosity Calculations Of N -Alkanes By Equilibrium Molecular Dynamics, J CHEM PHYS, 106(22) (1997) 9327-9336.
[21] R. Kubo, Statistical-Mechanical Theory Of Irreversible Processes. I. General Theory And Simple Applications To Magnetic And Conduction Problems, J. Phys. Soc. Jpn., 12(6) (1957) 570–586.
[22] F. Jabbari, A. Rajabpour, S. Saedodin, Thermal Conductivity And Viscosity Of Nanofluids: A Review Of Recent Molecular Dynamics Studies, CHEM ENG SCI, 174 (2017) 67–81.
[23] S. Melchionna, G. Ciccotti, B.L. Holian, Hoover NPT Dynamics For Systems Varying In Shape And Size, MOL PHYS, 78(3) (1993) 533-544.
[24] S. Plimpton, Fast Parallel Algorithms for Short-Range Molecular Dynamics, J. Comp. Phys., 117 (1995) 1-19.
[25] J.L.F. Abascal, C. Vega, A General Purpose Model For The Condensed Phases Of Water: Tip4p/2005, J CHEM PHYS, 123 (2005) 234505-234501-234505-234512.
[26] J. Tersoff, Modeling Solid-State Chemistry: Interatomic Potentials For Mnlticomponent Systems, PHYS REV B, 39(8) (1989) 5566-5568.
[27] D.W. Brenner, Empirical Potential For Hydrocarbons For Use In Simulating The Chemical Vapor Deposition Of Diamond Films, PHYS REV B, 42(15) (1990) 9458-9471.
[28] D. Brenner, O.A. Shenderova, J.A. Harrison, S.J. Stuart, B. Ni, S.B. Sinnott, A Second-Generation Reactive Empirical Bond Order (Rebo) Potential Energy Expression For Hydrocarbons, J PHYS-CONDENS MAT, 14 (2002) 783–802.
[29] S. Berber, Y.-K. Kwon, D. Tománek, Unusually High Thermal Conductivity of Carbon Nanotubes, PHYS REV LETT, 84(20) (2000) 4613-4616.
[30] Q. Zheng, G. Su, JianWang, H. Guo, Thermal Conductance For Single Wall Carbon Nanotubes, EUR PHYS J B, 25 (2002) 233-238.
[31] س.ا. جلیلی, شبیه سازی های رایانه ای(دینامیک مولکولی و مونت کارلو), انتشارات دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی, 1390.
[32] P. Hirunsit, P.B. Balbuena, Effects of Confinement on Water Structure and Dynamics: A Molecular Simulation Study, J. Phys. Chem. C, 111 (2007) 1709-1715.
[33] W.G. Hoover, Canonical Dynamics: Equilibrium Phase-Space Distributions, PHYS REV A, 31(3) (1985) 1695-1697.
[34] N. Ahammed, L.G. Asirvatham, S. Wongwises, Effect Of Volume Concentration And Temperature On Viscosity And Surface Tension Of Graphene–Water Nanofluid For Heat Transfer Applications, J Therm Anal Calorim, 123(2) (2015) 1399–1409.
[35] The International Association for the Properties of Water and Steam, Release on the IAPWS Formulation 2008 for the Viscosity of Ordinary Water Substance, available at http://www.viscopedia.com/viscosity-tables/substances/water/.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 51، شماره 4
مهر و آبان 1398
صفحه 91-100

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار