توصيفگر ها :
نانوسيال , خواص ترموفيزيكي , ضريب اصطكاك , پيش بيني عددي , ذرات اكسيد گرافن كاهش يافته , پلي‌آلفا‌اولفين(PAO)
چكيده فارسي :
در اين پايان نامه خواص ترموفيزيكي شامل گرانروي، هدايت حرارتي و ظرفيت گرمايي به همراه ضريب اصطكاك نانوسيال پايه روغني از نظر تجربي و پيش‌بيني عددي مورد بررسي قرار گرفتند. هدف از اين پژوهش مقايسه نتايج آزمايش¬ها در اثر افزودن نانوذرات به سيال پايه و امكان سنجي بهبود خواص روغن موتور به عنوان يك سيال كاربردي در صنعت بود كه به همين دليل سيال پايه¬ي پلي آلفا اولفين(PAO) كه سيال پايه¬ي روغن¬موتورهاي متداول است به عنوان سيال پايه انتخاب شد. نانوذرات اكسيد گرافن نيز به عنوان نانوذرات منتخب به سيال پايه اضافه و سپس به ذرات اكسيد گرافن كاهش يافته (RGO) كه قابل تعليق در روغن بودند تبديل شدند. در اين پژوهش چهار غلظت 01/0%، 02/0%، 0375/0% و 05/0% (كسر وزني) ساخته شدند كه جهت پايداري نسبي نانوسيال دو ماده¬ي فعال كننده سطحي (سورفكتانت) به سيال اضافه شدند تا به همراه سيال پايه تعداد 9 نمونه مورد آزمايش¬هاي گرانروي، هدايت حرارتي، ظرفيت گرمايي و ضريب اصطكاك قرار گيرند. نتايج تجربي آزمايش گرانروي مشخص كرد كه نانوسيال ساخته شده را مي¬توان با تقريب خوبي در زمره¬ي سيال¬هاي نيوتوني قرار داد. هم¬چنين گرانروي نانوسيال رفتاري مشابه سيال پايه از خود نشان مي¬دهد. از طرفي تاثير افزايش دما نسبت به غلظت در دماهاي25 تا 75 درجه¬¬ي سانتي¬گراد بسيار بيشتر است چنان¬چه بيشترين تاثير غلظت مربوط به غلظت بيشينه به ميزان حدود 7% است. در زمينه¬ي هدايت حرارتي نشان داده شد كه هدايت حرارتي نانوسيال در دماي محيط مقاديري بيشتر از سيال پايه دارد و با افزايش غلظت، هدايت حرارتي نانوسيال در تمام حالت¬ها افزايش مي¬يابد كه افزايش حدود 8% در بيشترين غلظت حاصل شد. رفتاري نامنظم از نانوسيال در غلظت¬هاي مختلف در رابطه با ظرفيت گرمايي مشاهده شد كه در بعضي غلظت¬ها اين مقدار بيش از سيال پايه و در برخي كمتر از حالت اوليه بدست آمد. در نهايت نتايج تجربي حاصل از آزمايش¬هاي ضريب اصطكاك از كاهش محسوس اين ضريب حكايت داشت. به¬طوري كه افزودن اين نانوذرات موجب بهبود ضريب اصطكاك تا حدود 45% در مقايسه با سيال پايه و حدود 28% نسبت به ماده¬ي رايج مورد استفاده در صنعت شد. هم¬چنين نتايج آزمايشگاهي اين خاصيت¬ها و ضريب اصطكاك با روابطي كه جهت پيش‌بيني آن¬ها در مقالات موجود بود مقايسه شد. نتايج نشان داد رفتار گرانروي نانوسيال با دما با دقت بسيار بالايي(خطاي زير 5%) قابل پيش¬بيني است. پيش¬بيني هدايت حرارتي نيز نتايج قابل قبولي با بيشينه خطاي حدود 3% را ارايه داد. اما پيش¬بيني رفتار ظرفيت گرمايي در برخي غلظت¬ها با خطاي قابل توجهي روبرو بود كه نشان دهنده¬ي عدم توانايي رابطه¬هاي عمومي موجود در پيش¬بيني اين خاصيت است. اين در حاليست كه براي ضريب اصطكاك نيز رابطه¬اي تركيبي از پژوهش¬هاي پيشين استفاده شد كه نتايج از دقت نسبتا خوبي برخوردار بودند.
چكيده انگليسي :
In this thesis, thermophysical properties of oil-based nanofluids including viscosity, thermal conductivity, heat capacity, and the friction coefficient were investigated experimentally and numerically. This study aimed to compare the results of experiments on the addition of nanoparticles to the base fluid and the feasibility of improving the properties of engine oil as a functional fluid in industry. Therefore, Polyalphaolephin which is considered a conventional base oil in engine oil was selected as the base fluid. On the other side, Graphene oxide nanoparticles were added to the base fluid and then converted to reduced graphene oxide (RGO) particles that could be suspended in oil by a special process. In this study, four concentrations of 0.01%, 0.02%, 0.0375% and 0.05% (weight fraction) were produced. For the relative stability of nanofluid, two surfactants were added to the base fluid to make 9 samples including the base foil as well. In the experimental phase, these samples should be tested for viscosity, thermal conductivity, heat capacity, and friction coefficient. The experimental results of the viscosity test showed that the nanofluid could be classified as a Newtonian fluid with a good approximation. The viscosity of the nanofluid also exhibits the same behavior as the base fluid. On the other hand, the effect of temperature is much greater than the concentration at temperatures of 25 to 75 degrees celsius. While the maximum effect of concentration is for the maximum concentration and the amount is about 7%. In the field of thermal conductivity, it was shown that the thermal conductivity of nanofluid at ambient temperature is higher than the base fluid, and with increasing concentration, the thermal conductivity of nanofluid increases in all cases, which the maximum amount is by about 8% at the highest concentration. Erratic behavior of nanofluids was observed at different concentrations in the heat capacity, which in some concentrations this property was higher and in some less than the base fluid. Finally, the experimental results of the friction coefficient showed a significant decrease in this coefficient. In the best case, the addition of these nanoparticles improved the friction coefficient by about 45% compared to the base fluid and about 28% compared to the common material used in industry. Also, the experimental results were compared with the numerical equations to predict this behavior. The results showed that the viscosity behavior of nanofluid with temperature can be predicted with very high accuracy. The thermal conductivity prediction also provided acceptable results. However, predicting the heat capacity behavior at some concentrations was significantly flawed, indicating the incapability of conventional equations to predict this property. However, a mixed equation was used for the friction coefficient, and the results were relatively accurate.
