شماره ركورد
24820
شماره راهنما
CHE.ENG3 53
عنوان
مطالعهي آزمايشگاهي عملكرد سوسپانسيون نانوكپسولهاي مغناطيسي حاوي نرمال اوكتادكان درون پوستهي پلي(متيل متاكريلات) در انتقال حرارت جابجايي ترمومغناطيسي
مقطع تحصيلي
دكتري
رشته تحصيلي
مهندسي شيمي
دانشكده
فني و مهندسي
تاريخ دفاع
1403/06/28
صفحه شمار
156 ص.
استاد راهنما
عليرضا سليماني نظر
استاد مشاور
پيام ملاعباسي
كليدواژه فارسي
كپسولهكردن , نانوكپسولهاي مواد تغيير فاز دهنده , ويژگي مغناطيسي , انتقال حرارت جابجايي آزاد/ترمومغناطيسي
چكيده فارسي
در پژوهش حاضر، عملكرد سوسپانسيوني متشكل از نانوكپسولهاي مغناطيسي حاوي نرمال اوكتادكان درون پوستهاي از جنس پلي(متيل متاكريلات) (PMMA) در انتقال حرارت جابجايي آزاد/ترمومغناطيسي درون حفرهاي مكعبي تحت شارهاي حرارتي و دانسيته شارهاي ميدان مغناطيسي مختلف به صورت آزمايشگاهي مطالعه شد. نانوكپسولهاي مغناطيسي حاوي مادهي تغيير فاز دهنده (M-NEnPCM) با بهرهگيري از روش پليمريزاسيون مينيامولسيوني با كمك امواج فراصوت سنتز شدند. ويژگي مغناطيسي با بارگيري نانوذرات مغناطيسي Fe3O4 اصلاح سطح شده با اولئيك اسيد درون هسته به نانوكپسولها اضافه شد. نتايج آزمون پراكندگي نور ديناميكي (DLS) نشان داد كه اندازه متوسط نانوكپسولها 78 نانومتر است. همچنين تصويرهاي ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) به همراه ميكروسكوپ الكتروني عبوري (TEM) نانوكپسولهايي كروي با ساختار هسته/پوسته را نشان دادند. طبق نتايج آزمون گرماسنجي روبشي تفاضلي (DSC)، گرماي نهان ذوب و انجماد نانوكپسولها به ترتيب 47/116 و 71/124 ژول بر گرم بدست آمدند. نتايج آناليز توزين حرارتي (TGA) نشاندهندهي بهبود پايداري حرارتي نانوكپسولها نسبت به اوكتادكان خالص و بازده 85 درصدي فرآيند كپسولهكردن بودند. همچنين آزمون مغناطيسسنجي نمونه ارتعاشي (VSM)، ويژگي سوپرپارامغناطيس نانوكپسولهاي سنتز شده را تأييد كرد. نتايج انتقال حرارت پايا نشان داد كه استفاده از نانوكپسولها منجر به افزايش ضريب انتقال حرارت جابجايي تا 2 برابر بيشتر از آب خالص تحت شرايط عملياتي مشابه ميشود؛ در حالي كه مقادير بهينهاي از غلظت نانوكپسولها و دانسيته شار ميدان مغناطيسي وجود دارد كه در آنها ضريب انتقال حرارت جابجايي بيشينه است. بهعلاوه، در بخش تحليل حرارتي ناپايا اثر غلظت نانوكپسولها و دانسيته شار ميدان مغناطيسي بر آستانهي برتري پديدههاي جابجايي (th) و همچنين آستانهي تأثيرگذاري مادهي تغيير فاز دهنده (tp) بررسي شد. نتايج نشان دادند كه حضور نانوكپسولها تا حداكثر غلظت بهينه موجب كاهش th ميشود كه نشاندهندهي بهبود انتقال حرارت جابجايي در زمانهاي اوليه آزمايش است. در مقابل، افزايش بيشتر غلظت نانوكپسولها با افزايش th همراه بود كه ناشي از افزايش ويسكوزيته سيال است. با افزايش دانسيته شار ميدان مغناطيسي تا يك مقدار بهينه، بهواسطهي وقوع پديدهي جابجايي ترمومغناطيسي th كاهش و پس از آن با تشديد پديدهي ويسكوزيتهي مغناطيسي، th افزايش يافت. از طرفي مقادير كمينهاي براي tp نسبت به غلظت نانوكپسولها و دانسيته شار ميدان مغناطيسي در تحليلهاي ناپايا مشاهده شد. طبق نتايج اين مطالعه، نانوسياليت با 64%، مغناطيسي بودن با 8/19% و حضور مادهي تغيير فاز دهنده با 5% تأثيرگذاري، از عوامل برتري سوسپانسيون نانوكپسولها نسبت به آب خالص در بهبود انتقال حرارت بودند. البته مطالعهي اثر تغيير آرايشهاي مختلف از گراديان دما، ميدان مغناطيسي و گرانش نشان داد كه انتخاب آرايش نامناسب ميتواند موجب كاهش كارايي سوسپانسيون نانوكپسولها و حتي عدم برتري آن نسبت به آب خالص شود.
كليدواژه لاتين
Encapsulation , Nanoencapsulated PCM , Magnetic Property , Natural/thermomagnetic Convective Heat Transfer
عنوان لاتين
Experimental Study on the Performance of a Magnetic Nanocapsules Suspension Containing n-Octadecane Encapsulated within Poly(methyl methacrylate) Shells in Thermomagnetic Convection Heat Transfer
گروه آموزشي
مهندسي شيمي
چكيده لاتين
In the present study, the performance of a suspension comprising magnetic nanocapsules containing n-octadecane in natural/thermomagnetic convective heat transfer within a cubic cavity was experimentally investigated under various heat fluxes and magnetic flux densities. The magnetic nanoencapsulated phase change material (M-NEnPCM) was synthesized using the miniemulsion ultrasonic-assistant polymerization technique. The magnetic property was introduced to the nanocapsules by adding surface-modified Fe3O4 nanoparticles into the core. The dynamic light scattering (DLS) results showed an average nanocapsule size of 78 nm. The scanning electron microscope (SEM) along with transmission electron microscope (TEM) images confirmed the spherical shape with a core/shell structure of the M-NEnPCM. According to the differential scanning calorimetry (DSC), M-NEnPCM had melting and crystallization latent heats of 116.47 and 124.71 J/g, respectively. Thermogravimetric analysis (TGA) indicated improved thermal stability of the nanocapsules compared to pure octadecane and an encapsulation efficiency of 85%. Furthermore, vibrating sample magnetometry (VSM) confirmed the superparamagnetic properties of the synthesized nanocapsules. Steady state heat transfer results showed that the use of M-NEnPCM led to an increase in the convective heat transfer coefficient up to twice that of pure water under similar operating conditions. Optimal concentration of M-NEnPCM and magnetic flux density were found, at which the convective heat transfer coefficient was maximized. Additionally, in the unsteady state thermal analysis, the effect of M-NEnPCM concentration and magnetic flux density was examined on the onset of convective mechanisms dominance (th) and the onset of PCM influence (tp). Results indicated that the presence of M-NEnPCM reduced th, indicating improved convective heat transfer in the initial stages of the experiment. Conversely, further increasing the concentration of nanocapsules increased th due to the significant rise in the viscosity. Increasing the magnetic flux density up to an optimal value decreased th due to the occurrence of thermomagnetic convection, but further increases intensified magnetoviscouse effect. Futhurmore, minimum values for tp relative to M-NEnPCM concentration and magnetic flux density were observed in unsteady state analyses. The comparative analysis revealed that the superiority of the M-NEnPCM suspension over pure water in heat transfer was influenced by nanofluidity, magnetism, and the presence of PCM, contributing 64%, 19.8%, and 5%, respectively. However, studies on the effect of different configurations of temperature gradient, magnetic field, and gravity revealed that inappropriate configurations could make M-NEnPCM suspension less effective than pure water
تعداد فصل ها
5
فهرست مطالب pdf
138439
نويسنده