Features of heat and mass exchange in laminar flows of micro and nanofluids in tubes and channels
DOI:
https://doi.org/10.17721/1812-5409.2018/4.9Анотація
In recent years, high efficiency of using suspensions of nanoparticles for cooling of the operating systems compared to a homogeneous liquid has been shown, and the parameters of suspensions effective for various specific devices have been selected in experiments. A brief review of the relevant experimental data, as well as mathematical models of the flow of micro- and nanofluids, based on the incompressible Navier-Stokes equations with boundary conditions accounting for tangential momentum transfer of the particles and temperature jump due to diffuse reflection at rough walls, are presented. For the case of a laminar flow between infinite parallel plates with constant heat fluxes through the plates, an analytical solution is obtained for the velocity and temperature fields. Numerical calculations showed that with an increase in the momentum transfer coefficients at the plates, the flow accelerates significantly, which contributes to an increase in volumetric flow with the same pressure drop across the channel due to a decrease in the shear stress at the wall. Correspondingly, the heat transfer through the plates and the heat removal with the fluid flow increase. Based on the obtained analytical relationships, it is possible to select the parameters of the plate surfaces in such a way as to optimize the system, for example, to reduce the energy loss due to viscous and thermal dissipation or to obtain uniform temperature distributions in the liquid with asymmetric heat flows through the plates.
Key words: microfluidic, nanofluidics, heat and mass transfer, laminar flows.
Pages of the article in the issue: 62 - 67
Language of the article: Ukrainian
Посилання
CHOI, S., EASTMAN, J. (1995) Enhancing thermal conductivity of fluids with nanoparticles. In: Proc. ASME Intern. Mechanical Engineering Congress. San Francisco. P. 99–105.
CHOI, S., ZHANG, Z.G., YU, W., LOCKWOOD, F.E., GRULKE, E.A. (2001) Anomalous thermal conductivity enhancement in nanotube suspensions. Appl. Phys. Lett. V. 79. p. 2252–2254.
EASTMAN, J., PHILLPOT, S., CHOI, S., KEBLINSKI, P. (2004) Thermal transport in nanofluids. Ann. Rev. Mater. Res. V.34. p. 219–246.
WANG, X.-Q., MUJUMDAR, A.S. (2007) Heat transfer characteristics of nanofluids: a review. Intern. J. Therm. Sci. V. 46. p. 1–19.
TRISAKSRI, V., WONGWISES, S. (2007) Critical review of heat transfer characteristics of nanofluids. Renew. Sustain. Energy Rev. V. 11. p. 512–523.
KAKAC, S., PRAMUANJAROENKIJ, A. (2009) Review of convective heat transfer enhancement with nanofluids. Int. J. Heat Mass Transfer. V. 52. p. 3187–3196.
HONE, J. (2004) Carbon nanotube thermal properties. In: Dekker Encycl. Nanosci. Nanotechnol. p. 603–610.
ANTAR, Z., NOEL, H., FELLER, J.F., GLOUANNEC, P., ELLEUCH, K. (2012) Thermophysical and radiative properties of conductive biopolymer composite. Mater. Sci. Forum. V. 714. p. 115–122.
DING, Y., ALIAS, H., WEN, D., WILLIAMS, R.A. (2006) Heat transfer of aqueous suspensions of carbon nanotubes. Int. J. Heat Mass Transf. V. 49. p. 240–250.
MEYER, J., MCKRELL, T., GROTE, K. (2013) The influence of multi-walled carbon nanotubes on single-phase heat transfer and pressure drop characteristics in the transitional flow regime of smooth tubes. Int. J. Heat Mass Transf. V. 58. p. 597–609.
KUMARESAN, V., VELRAJ, R., DAS, S.K. (2012) Convective heat transfer characteristics of secondary refrigerant based CNT nanofluids in a tubular heat exchanger. Int. J. Refrig. V. 35. p. 2287–2296.
HONG, H., WRIGHT, B., WENSEL, J., JIN, S., YE, X.R., ROY, W. (2007) Enhanced thermal conductivity by the magnetic field in heat transfer nanofluids containing carbon nanotube. Synth. Metals. V. 157. p. 437–440.
KARNIADAKIS, G.E., BESKOK, A., ALURU, N. (2005) Microflows and nanoflows: Fundamentals and simulation. Interdisc. Appl. Math. Series. V.29, p. 51-77.
CHEREVKO, V., KIZILOVA, N. (2017) Complex flows of immiscible microfluids and nanofluids with velocity slip bounary conditions. In: Nanophysics, Nanomaterials, Interface Studies, and Applications. p. 207–230.
NOYA, A., PARKA, H.G., FORNASIERO, F., HOLT, J.K., GRIGOROPOULOS, S.P., BAKAJIN, O. (2007) Nanofluidics in carbon nanotubes. Nanotoday. V. 2. p. 22-29.
BEJAN A. (2013) Entropy Generation Minimization: The Method of Thermodynamic Optimization of Finite-Size Systems and Finite-Time Processes. CRC Press, NY. 400 p.
SAUERMOSER M., FOSSATI G., KIZILOVA N., KJELSTRUP S. (2018) Modelling Electrochemical Cells with Porous Electrodes. The Proton Exchange Membrane Fuel Cell. ECS Trans. 92. - P. 279-292.
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Автори, роботи яких публікуються у цьому журналі, погоджуються з такими умовами:
- Автори зберігають авторські права та надають журналу право на першу публікацію роботи, яка одночасно ліцензується згідно із Creative Commons Attribution License, тобто надається дозвіл іншим ділитися роботою з визнанням авторства роботи та першої публікації в цьому журналі.
- Автори можуть укладати окремі додаткові угоди щодо невиключного розповсюдження опублікованої журналом версії роботи (наприклад, розмістити її у репозитарії наукової установи чи опублікувати у книзі) з підтвердженням її початкової публікації у цьому журналі.
- Дозволяється та заохочується розміщення своїх робіт в мережі Інтернет авторами (наприклад, у репозитаріях наукових установ або на особистих веб-сторінках) до та під час процесу подання, оскільки це може призвести до продуктивного обміну, а також до більш ранніх цитувань опублікованої роботи та їх більшої кількості (див. The Effect of Open Access).
