Penelitian Eksperimental tentang Stabilitas dan Konveksi Alami Nanofluida Air TiO2 dalam Kandang dengan Sudut Rotasi Berbeda

Abstrak

Stabilitas dan karakteristik perpindahan panas konveksi alami TiO₂ -air nanofluida dalam selungkup dengan sudut rotasi berbeda (α = −45°, α = 0°, α = 45°, dan α = 90 °) diselidiki secara eksperimental. Efek dari nilai dan dosis pH yang berbeda (m ) zat pendispersi terhadap stabilitas TiO₂ -air nanofluida diselidiki. Ditemukan bahwa TiO₂ -air nanofluida dengan m = 6 wt% dan pH = 8 memiliki transmitansi terendah dan stabilitas terbaik. Efek dari sudut rotasi yang berbeda (α = −45°, α = 0°, α = 45°, dan α = 90°), fraksi massa nanopartikel (berat% = 0,1%, berat% = 0,3%, dan berat% = 0,5%) dan daya pemanasan (Q = 1 B, T = 5 W, T = 10 B, T = 15 W, dan T = 20 W) pada karakteristik perpindahan panas konveksi alami juga dipelajari. Ditemukan bahwa selungkup dengan sudut rotasi = 0° memiliki angka Nusselt tertinggi, diikuti oleh selungkup dengan sudut rotasi α = 45° dan α = 90°, penutup dengan sudut rotasi α = −45° memiliki bilangan Nusselt terendah. Ditemukan juga bahwa kinerja perpindahan panas konveksi alami meningkat dengan fraksi massa nanopartikel dan daya pemanasan, tetapi rasio peningkatan menurun dengan daya pemanasan.

Latar Belakang

Sejak nanofluida disiapkan, karena sifat penghantar panasnya yang sangat baik [1,2,3], nanofluida banyak diterapkan di bidang perpindahan panas [4,5,6], terutama di bidang konveksi alami [7,8,9].

Karakteristik perpindahan panas konveksi alami nanofluida secara numerik diselidiki oleh banyak peneliti. Dia dkk. [10, 11] menerapkan metode Boltzmann kisi satu fase dan dua fase untuk mempelajari secara numerik perpindahan panas konveksi alami Al₂ O₃ -air nanofluida dalam rongga persegi, masing-masing. Sheikholeslami dkk. [12] menyelidiki karakteristik perpindahan panas konveksi alami magnetohidrodinamik dari selungkup silinder horizontal dengan silinder segitiga bagian dalam yang diisi dengan Al₂ O₃ -air nanofluida dengan metode simulasi kisi Boltzmann. Udin dkk. [13] mempelajari perpindahan panas konveksi alami dari berbagai nanofluida sepanjang pelat vertikal tertanam dalam media berpori berdasarkan model Darcy-Forchheimer. Meng dkk. [14] menyelidiki secara numerik konveksi alami dari silinder horizontal yang diisi dengan Al₂ O₃ -air nanofluida Ahmad dkk. [15] menggunakan metode Boltzmann kisi dua fase untuk mempelajari konveksi alami nanofluida air-CuO dalam selungkup miring. Qi dkk. [16] simulasi numerik konveksi alami nanofluida Cu-Ga dalam wadah.

Selain simulasi numerik di atas pada konveksi alami nanofluida, studi eksperimental pada konveksi alami nanofluida dilakukan oleh lebih banyak peneliti. Li dkk. [17] secara eksperimental menyelidiki perpindahan panas konveksi alami dari ZnO-EG/air nanofluida. Hu dkk. [18, 19] secara eksperimental mempelajari peningkatan perpindahan panas konveksi alami dari selungkup persegi yang diisi dengan TiO₂ -air dan Al₂ O₃ -air nanofluida masing-masing. Ho dkk. [20] secara eksperimental mempelajari perpindahan panas konveksi alami dari selungkup persegi vertikal dengan ukuran berbeda yang diisi dengan Al₂ O₃ -air nanofluida Heris dkk. [21,22,23] secara eksperimental menyelidiki karakteristik perpindahan panas konvektif dari berbagai jenis nanofluida (Cu/air, Al₂ O₃ -air, dan CuO-air) masing-masing dalam tabung melingkar. Mansur dkk. [24] secara eksperimental menyelidiki konveksi campuran dari tabung miring yang diisi dengan Al₂ O₃ -air nanofluida Chang dkk. [25] secara eksperimental menyelidiki konveksi alami Al₂ O₃ -air nanofluida dalam selungkup tipis. Wen dkk. [26, 27] secara eksperimental menyelidiki karakteristik perpindahan panas konveksi Al₂ O₃ -air nanofluida dan TiO₂ -air nanofluida di bawah kondisi aliran laminar, masing-masing. Xuan dkk. [28] secara eksperimental mempelajari perpindahan panas konveksi nanofluida air-Cu dalam tabung kuningan lurus.

Literatur di atas memberikan kontribusi besar dalam karakteristik perpindahan panas konveksi alami nanofluida. Namun, peningkatan perpindahan panas konveksi alami dari selungkup dengan sudut rotasi berbeda yang diisi dengan nanofluida perlu diselidiki lebih lanjut. Oleh karena itu, stabilitas dan karakteristik perpindahan panas konveksi alami TiO₂ -air nanofluida dalam selungkup dengan sudut rotasi berbeda (α = −45°, α = 0°, α = 45°, dan α = 90 °) diselidiki secara eksperimental dalam makalah ini.

Metode

Persiapan Nanofluid dan Stabilitasnya

TiO₂ dipilih sebagai nanopartikel. Gambar 1 menyajikan citra SEM, TEM, dan XRD TiO₂ nanopartikel pada waktu perbesaran yang berbeda. Dari gambar SEM dapat ditemukan bahwa nanopartikel mudah berkumpul bersama, dan perlu dilakukan beberapa langkah untuk menyiapkan nanofluida yang stabil. Dari citra TEM juga diketahui bahwa ukuran partikelnya sekitar 10 nm, dan bentuk nanopartikelnya datar. Nanopartikel datar memiliki area perpindahan panas yang lebih besar daripada nanopartikel sferis pada fraksi massa yang sama, yang menguntungkan untuk peningkatan perpindahan panas. Gambar 1g menunjukkan pola XRD dari TTP-A10 TiO₂ partikel nano. Seperti yang diamati, puncak yang kuat dan tajam menunjukkan bahwa TTP-A10 TiO₂ sampel nanopartikel sangat kristal. Ukuran partikel rata-rata sampel dapat dihitung dengan persamaan Scherrer yang disajikan dalam Persamaan. (1). TiO₂ ukuran nanopartikel adalah 6, 9, 14, 20, dan 35 nm dihitung dengan nilai puncak difraksi ini (111, 200, 021, 202, dan 311), dan ukuran nanopartikel terkecil adalah sekitar 6 dan 9 nm berdasarkan nilai puncak difraksi (111 dan 200). Ukuran nanopartikel yang besar kemungkinan disebabkan oleh agregasi nanopartikel. Nilai terkecil (6 dan 9 nm) mungkin merupakan ukuran sebenarnya dari nanopartikel, ukuran beberapa nanopartikel mungkin 6 nm, dan sebagian besar ukuran nanopartikel mungkin sekitar 9 nm, yang lebih mendekati deskripsi yang diberikan oleh pabrikan ( 10 nm) dan gambar TEM (10 nm).

$$ {D}_{\mathrm{c}}=\frac{k\lambda}{\beta \cdot \cos \theta} $$ (1)

dimana k adalah nilai untuk faktor bentuk, dan k = 0,9; λ adalah panjang gelombang sinar-X; dan β adalah garis yang melebar lebar penuh pada setengah maksimum (FWHM) dari tinggi puncak dalam radian, dan θ adalah sudut difraksi Bragg.

Morfologi nanopartikel. Gambar SEM, TEM, dan XRD dari TiO₂ nanopartikel pada waktu perbesaran yang berbeda. a SEM × 20000. b SEM × 50000. c SEM × 100000. d TEM 20 nm. e TEM 50 nm. f TEM 100 nm. g XRD

TiO₂ -air nanofluida dengan fraksi massa nanopartikel yang berbeda (berat% = 0,1%, berat% = 0,3%, dan berat% = 0,5%) disiapkan dengan metode dua langkah, yang ditunjukkan pada Gambar. 2. Waktu pengadukan mekanis adalah setengah satu jam untuk setiap sub-langkah, dan waktu sonikasi adalah 40 menit. Tabel 1 menunjukkan informasi beberapa bahan dan peralatan dalam pembuatan nanofluida. Gambar 3 menunjukkan TiO₂ -air nanofluida sebelum bertelur dan setelah 72 jam. Terlihat bahwa ada sedikit deposisi nanopartikel di dalam tabung reaksi dan nanofluida yang disiapkan dalam makalah ini menunjukkan stabilitas yang baik.

Persiapan nanofluida. Prosedur persiapan TiO₂ -air nanofluida dengan metode dua langkah

Pengamatan stabilitas TiO₂ -air nanofluida TiO₂ -air nanofluida pada waktu yang berbeda. a Sebelum bertelur. b Setelah 72 jam

Selain studi tentang apakah ada deposisi nanopartikel dalam tabung reaksi, efek transmitansi (τ ) nanofluida pada stabilitasnya juga dibahas. Gambar 4 memberikan transmitansi (τ ) perubahan TiO₂ -air nanofluida (berat% = 0,5%) dengan nilai pH dan dosis yang berbeda (m ) zat pendispersi. Transmitansi diukur dengan spektrofotometer tampak ultra violet (UV-1800(PC)). Seperti yang kita ketahui, jika nanopartikel terdistribusi secara merata di dalam air, maka nanopartikel akan memantulkan cahaya paling banyak dan memiliki reflektansi yang tinggi (transmitansi rendah). Oleh karena itu, stabilitas nanofluida berbanding terbalik dengan transmitansi, dan nanofluida yang stabil memiliki transmitansi yang rendah. Dapat ditemukan dari Gambar 4 bahwa nanofluida dengan m = 6 wt% dan pH = 8 memiliki transmitansi terendah dan memiliki stabilitas terbaik. Nanofluida dengan fraksi massa nanopartikel yang berbeda dalam percobaan ini disiapkan pada m = 6 wt% dan pH = 8, yang dapat memastikan stabilitas nanofluida.

Transmisi TiO₂ -air nanofluida Transmisi (τ ) perubahan TiO₂ -air nanofluida (wt% = 0,5%) di bawah nilai pH yang berbeda dengan waktu (h ) pada dosis yang berbeda (m ) zat pendispersi. a m = 5% berat. b m = 6% berat. c m = 7% berat. d m = 8% berat

Sistem Eksperimental

Gambar 5 menunjukkan diagram skema dari tiga set eksperimen. Ukuran ketiga kotak persegi panjang tersebut adalah 10 cm (lebar) × 20 cm (tinggi), 5 cm (lebar) × 20 cm (tinggi), dan 20 cm (lebar) × 20 cm (tinggi). Lebar dan tinggi didefinisikan sebagai W dan H , masing-masing, dan rasio aspek (A ) dari enklosur didefinisikan sebagai A = W /H . Dinding kiri (pelat tembaga) selungkup dipanaskan oleh lembaran pemanas silikon yang terhubung ke daya DC. Dinding kanan (pelat tembaga) selungkup didinginkan oleh air pendingin di rongga kecil (bahannya juga tembaga) yang terhubung ke penangas air suhu konstan. Suhu dua sisi selungkup diperoleh dengan enam termokopel yang terhubung ke instrumen akuisisi data (Agilent 34972A). Lapisan insulasi luar digunakan untuk mencegah hilangnya panas.

Diagram skema dari set eksperimental. Diagram skema dari tiga set eksperimen rasio aspek yang berbeda. a A = 1:2. b A = 1:4. c A = 1:1

Karakteristik perpindahan panas konveksi alami dari dua selungkup dengan sudut rotasi yang berbeda (α = −45°, α = 0°, α = 45°, dan α = 90°) diisi dengan TiO₂ nanofluida air diselidiki dalam makalah ini. Untuk enklosur dengan α = −90 °, dinding atas adalah dinding panas dan dinding bawah adalah dinding dingin, dan perpindahan panas di selungkup terutama konduksi panas. Namun, manuskrip ini terutama menyelidiki perpindahan panas konveksi alami nanofluida di dalam selungkup, oleh karena itu, selungkup dengan α = −90° tidak dipertimbangkan dalam naskah ini. Gambar 6 menunjukkan diagram skema selungkup dengan sudut rotasi yang berbeda.

Diagram skema sudut rotasi. Diagram skema selungkup dengan empat sudut rotasi yang berbeda. a = −45°. b =0°. c = 45°. d = 90°

Pemrosesan Data

Kekuatan Q disediakan oleh lembaran pemanas silikon adalah sebagai berikut:

$$ Q=\mathrm{U}\mathrm{I} $$ (2)

dimana U dan Aku adalah tegangan dan listrik dari daya DC masing-masing.

Kekuatan efektif Q _bersih adalah sebagai berikut:

$$ {Q}_{\mathrm{net}}=Q-{Q}_{\mathrm{loss}} $$ (3)

dimana Q _rugi adalah kehilangan panas yang diukur dengan pengukur aliran panas.

Suhu sisi pelat tembaga di sebelah lembaran pemanas silikon $ {T}_{\mathrm{H}}^{*} $ adalah sebagai berikut:

$$ {T}_{\mathrm{H}}^{*}=\frac{\left({T}_1+{T}_2+\cdot \cdot \cdot +{T}_6\right)}{6} $$ (4)

dimana T ₁ , T ₂ , …, T ₆ adalah suhu termokopel.

Suhu sisi pelat tembaga (sisi kiri selungkup) di sebelah nanofluida T _H adalah sebagai berikut:

$$ {T}_{\mathrm{H}}={T_{\mathrm{H}}}^{*}-\frac{Q_{\mathrm{net}}\delta}{A{\lambda}_ {\mathrm{w}}} $$ (5)

dimana δ = 0,005m adalah ketebalan pelat tembaga, A adalah luas pelat tembaga, λ _dengan adalah konduktivitas termal pelat tembaga.

Suhu sisi pelat tembaga (sisi kanan selungkup) di sebelah lapisan insulasi T _C ^∗ adalah sebagai berikut:

$$ {T}_{\mathrm{C}}^{*}=\frac{\left({T}_7+{T}_8+\cdot \cdot \cdot +{T}_{12}\right)} {6} $$ (6)

dimana T ₇ , T ₈ , …, T ₁₂ adalah suhu termokopel di sisi kanan selungkup.

Ketika keadaan kesetimbangan termal tercapai, suhu air pendingin sama dengan suhu sisi pelat tembaga di sebelah air pendingin. Suhu sisi pelat tembaga (sisi kanan selungkup) di sebelah nanofluida T _C dapat dihitung sebagai berikut:

$$ {T}_{\mathrm{C}}={T_{\mathrm{C}}}^{\ast }-\frac{2{Q}_{\mathrm{net}}\delta}{A {\lambda}_w} $$ (7)

Suhu kualitatif T _m didefinisikan sebagai berikut:

$$ {T}_{\mathrm{m}}=\frac{T_{\mathrm{H}}+{T}_{\mathrm{C}}}{2} $$ (8)

Koefisien perpindahan panas konvektif h adalah sebagai berikut:

$$ h=\frac{Q_{\mathrm{net}}}{A\left({T}_{\mathrm{H}}\hbox{-} {T}_{\mathrm{C}}\kanan )} $$ (9)

Bilangan Nusselt didefinisikan sebagai berikut:

$$ \mathrm{Nu}=\frac{h\cdot W}{\lambda_{\mathrm{f}}} $$ (10)

dimana λ _f adalah konduktivitas termal fluida dalam selungkup.

Analisis Ketidakpastian

Rumus perpindahan kesalahan koefisien perpindahan panas konveksi adalah sebagai berikut [19]:

$$ \begin{array}{l}\frac{\varDelta h}{h}=\left|\frac{\partial \ln h}{\partial {Q}_{net}}\right|\varDelta { Q}_{{}_{net}}+\left|\frac{\partial \ln h}{\partial A}\right|\varDelta A+\left|\frac{\partial \ln h}{\partial \left({T}_{\mathrm{H}}-{T}_{\mathrm{C}}\right)}\right|\varDelta \left({T}_{\mathrm{H}}- {T}_{\mathrm{C}}\right)=\\ {}\frac{\varDelta {Q}_{net}}{Q_{net}}+\frac{\varDelta A}{A}+ \frac{\varDelta \left({T}_{\mathrm{H}}-{T}_{\mathrm{C}}\right)}{\left({T}_{\mathrm{H}} -{T}_{\mathrm{C}}\right)}\end{array} $$ (11)

Rumus kesalahan transfer bilangan Nusselt adalah sebagai berikut [19]:

$$ \begin{array}{l}\frac{\varDelta \mathrm{Nu}}{\mathrm{Nu}}=\left|\frac{\partial \mathrm{lnNu}}{\partial h}\kanan |\varDelta h+\left|\frac{\partial \mathrm{lnNu}}{\partial W}\right|\varDelta W+\left|\frac{\partial \mathrm{lnNu}}{\partial {\lambda} _{\mathrm{f}}}\right|\varDelta {\lambda}_{\mathrm{f}}=\\ {}\frac{\varDelta h}{h}+\frac{\varDelta W}{ W}+\frac{\varDelta {\lambda}_{\mathrm{f}}}{\lambda_{\mathrm{f}}}\end{array} $$ (12)

Berdasarkan Persamaan. (10) dan (11), kesalahan koefisien perpindahan panas konveksi dan bilangan Nusselt masing-masing adalah 5,65 dan 6,34% dalam percobaan ini. Dapat ditemukan bahwa kesalahan set eksperimen kecil, yang dapat memastikan keandalan dan akurasi hasil eksperimen.

Hasil dan Diskusi

Validasi Eksperimen

Sebelum mempelajari nanofluida, diperlukan validasi eksperimen. Gambar 7 menunjukkan perbandingan bilangan Nusselt antara hasil eksperimen air dan hasil literatur yang diterbitkan untuk selungkup dengan A = 1:2, A = 1:4, dan A = 1:1. Kesalahan maksimum untuk enklosur dengan A = 1:2, A = 1:4, dan A = 1:1 berturut-turut adalah 8,4, 9,5, dan 8,1%. Dapat ditemukan bahwa hasil eksperimen memiliki kesesuaian yang baik dengan hasil literatur yang diterbitkan [20, 29], yang memverifikasi keakuratan dan keandalan sistem eksperimen.

Validasi set eksperimen. Perbandingan angka Nusselt antara hasil eksperimen dan literatur yang diterbitkan dalam lampiran dengan dua rasio aspek yang berbeda. a A = 1:2. b A = 1:4. c A = 1:1

Enklosur dengan A = 1:2

Pengaruh sudut rotasi terhadap karakteristik perpindahan panas konveksi alami TiO₂ -air nanofluida dibahas dalam makalah ini. Gambar 8 menyajikan perubahan angka Nusselt rata-rata dengan sudut rotasi selungkup dengan A = 1:2. Dari Gambar 8 dapat diketahui bahwa bilangan Nusselt mula-mula bertambah dan kemudian berkurang seiring dengan sudut rotasi. Enclosure dengan sudut rotasi α = 0° memiliki angka Nusselt tertinggi diikuti oleh enklosur dengan sudut rotasi α = 45° dan α = 90°, penutup dengan sudut rotasi α = −45° memiliki bilangan Nusselt terendah. Konduksi panas menjadi semakin berperan ketika sudut rotasi berkurang (α 90°), dan perpindahan panas hampir merupakan konduksi panas ketika sudut rotasi berkurang menjadi α = −90 °. Ketika dinding panas berada di bagian atas dan dinding dingin berada di bagian bawah selungkup (α = −90°), arah daya apung adalah ke atas, tetapi dinding atas mencegah fluida bergerak ke atas. Pergerakan nanofluida dalam enklosur kecil, dan perpindahan panas utama adalah konduksi panas, yang menyebabkan bilangan Nusselt kecil. Enklosur dengan α = −45° lebih dekat dengan enklosur dengan α = −90° dan menunjukkan bilangan Nusselt terkecil dibandingkan dengan sudut rotasi lainnya. Untuk penutup dengan sudut rotasi α = 45° dan α = 90°, fluida di dekat dinding panas bawah dipanaskan dan bergerak ke atas dan fluida di dekat dinding dingin atas didinginkan dan bergerak ke bawah. Arah fluida panas dan fluida dingin berlawanan dan mencegah perpindahan panas konveksi alami, yang menyebabkan bilangan Nusselt lebih rendah dibandingkan dengan selungkup dengan α = 0° tetapi angka Nusselt lebih tinggi dibandingkan dengan enklosur dengan α = −45°. Dapat juga dilihat bahwa perbedaan antara berbagai sudut rotasi meningkat dengan daya pemanasan. Ini karena efek sudut rotasi memainkan peran utama pada perpindahan panas pada daya pemanasan rendah, dan efek konveksi pada perpindahan panas kecil. Namun, intensitas perpindahan panas konvektif meningkat dengan daya pemanasan dan memainkan peran utama pada perpindahan panas pada daya pemanasan tinggi, yang menyebabkan perbedaan yang lebih besar antara berbagai sudut rotasi pada daya pemanasan tinggi dibandingkan dengan daya pemanasan rendah.

Perubahan bilangan Nusselt dengan sudut rotasi (A = 1:2). Rata-rata perubahan bilangan Nusselt nanofluida dengan sudut rotasi selungkup (A = 1:2) pada kekuatan pemanasan yang berbeda. a T = 1 W. b T = 5 W. c T = 10 W. h T = 15 W. e T = 20 W

Selain sudut rotasi, efek fraksi massa nanopartikel pada perpindahan panas konveksi alami juga dibahas. Gambar 9 menunjukkan perubahan angka Nusselt rata-rata dengan fraksi massa nanopartikel. Dapat ditemukan bahwa bilangan Nusselt meningkat dengan fraksi massa nanopartikel. Untuk daya pemanas Q = 1 W dan α = 0°, TiO₂ -air nanofluida dengan wt% = 0.1%, wt% = 0.3%, dan wt% = 0.5% dapat meningkatkan perpindahan panas masing-masing sebesar 9,3, 21,8, dan 28,7% dibandingkan dengan air. Rasio peningkatan menurun dengan daya pemanas. Untuk daya pemanas Q = 20 W dan α = 0°, TiO₂ -air nanofluida dengan wt% = 0.1%, wt% = 0.3%, dan wt% = 0.5% dapat meningkatkan perpindahan panas masing-masing sebesar 1,4, 4,6, dan 6,6% dibandingkan dengan air. Intensitas turbulensi memainkan peran utama pada daya pemanasan tinggi, dan efek fraksi massa nanopartikel pada perpindahan panas menjadi kecil.

Perubahan bilangan Nusselt dengan fraksi massa nanopartikel (A = 1:2). Rata-rata perubahan angka Nusselt dari nanofluida dalam enklosur (A = 1:2) dengan fraksi massa nanopartikel pada kekuatan pemanasan yang berbeda. a T = 1 W. b T = 5 W. c T = 10 W. h T = 15 W. e T = 20 W

Pengaruh daya pemanasan pada perpindahan panas konveksi alami dipelajari dalam makalah ini. Gambar 10 menunjukkan perubahan angka Nusselt rata-rata dengan daya pemanasan. Untuk α = 0°, TiO₂ -air nanofluida di Q = 5 W, T = 10 W, T = 15 W, dan Q = 20 W dapat meningkatkan perpindahan panas sebesar 280.2, 428.4, 544.1, dan 581.5% dibandingkan dengan yang di Q = 1 W. Daya pemanasan tinggi meningkatkan intensitas turbulensi dan meningkatkan perpindahan panas.

Perubahan nomor Nusselt dengan daya pemanas (A = 1:2). Rata-rata perubahan angka Nusselt dari nanofluida dalam enklosur (A = 1:2) dengan daya pemanas pada sudut rotasi yang berbeda. a = −45°. b =0°. c = 45°. d = 90°

Enklosur dengan A = 1:4

Untuk menyelidiki efek rasio aspek selungkup pada perpindahan panas, karakteristik perpindahan panas konveksi alami selungkup dengan A = 1:4 diisi dengan TiO₂ -air nanofluida dipelajari. Gambar 11 memberikan perubahan angka Nusselt rata-rata dengan sudut rotasi selungkup. Dapat diperoleh kesimpulan yang mirip seperti A = 1:2 bahwa bilangan Nusselt mula-mula bertambah dan kemudian berkurang dengan sudut rotasi. Untuk nanofluida dengan contoh wt% = 0,5%, perbedaan antara A = 1:4 dan A = 1:2 adalah rasio peningkatan (dari 6,5 menjadi 20,7%) dari nomor Nusselt di enklosur (A = 1:4, α = 0°) dibandingkan dengan yang ada di enklosur (A = 1:4, α = −45°) lebih tinggi dari rasio peningkatan (dari 2,85 menjadi 9,3%) dari nomor Nusselt di enklosur (A = 1:2, α = 0°) dibandingkan dengan yang ada di enklosur (A = 1:2, α = −45°).

Perubahan bilangan Nusselt dengan sudut rotasi (A = 1:4). Rata-rata perubahan angka Nusselt nanofluida dengan sudut rotasi selungkup (A = 1:4) pada kekuatan pemanasan yang berbeda. a T = 1 W. b T = 5 W. c T = 10 W. h T = 15 W. e T = 20 W

Gambar 12 menyajikan perubahan angka Nusselt rata-rata dengan fraksi massa nanopartikel. Untuk daya pemanas Q = 1 W dan α = 0°, TiO₂ -air nanofluida dengan wt% = 0.1%, wt% = 0.3%, dan wt% = 0.5% dapat meningkatkan perpindahan panas masing-masing sebesar 7.1, 20.2, dan 29.5% dibandingkan dengan air. Rasio peningkatan menurun dengan daya pemanas. Untuk daya pemanas Q = 20 W dan α = 0°, TiO₂ -air nanofluida dengan wt% = 0.1%, wt% = 0.3%, dan wt% = 0.5% dapat meningkatkan perpindahan panas masing-masing sebesar 2,9, 11,8, dan 15,1% dibandingkan dengan air.

Perubahan bilangan Nusselt dengan fraksi massa nanopartikel (A = 1:4). Rata-rata perubahan angka Nusselt dari nanofluida dalam enklosur (A = 1:4) dengan fraksi massa nanopartikel pada kekuatan pemanasan yang berbeda. a T = 1 W. b T = 5 W. c T = 10 W. h T = 15 W. e T = 20 W

Gambar 13 menunjukkan perubahan angka Nusselt rata-rata dengan daya pemanasan. Jumlah Nusselt rata-rata nanofluida dapat ditingkatkan sebesar 242,4% ~ 701,5% dibandingkan dengan air pada daya pemanas Q = 1 W. Untuk α = 0°, TiO₂ -air nanofluida dengan wt% = 0,5% pada Q = 5 W, T = 10 W, T = 15 W, dan Q = 20 W dapat meningkatkan perpindahan panas sebesar 253.0, 419.9, 540.3, dan 635.6% dibandingkan dengan yang di Q = 1 W, masing-masing.

Perubahan nomor Nusselt dengan daya pemanas (A = 1:4). Rata-rata perubahan angka Nusselt dari nanofluida dalam enklosur (A = 1:4) dengan daya pemanas pada sudut rotasi yang berbeda. a = −45°. b =0°. c = 45°. d = 90°

Perbandingan Antara A = 1:2, A = 1:4, dan A = 1:1

Karena keterbatasan panjang makalah ini, hasil enklosur dengan A = 1:1 hanya diberikan pada Gambar 14, dan efek sudut rotasi yang berbeda, fraksi massa nanopartikel, dan daya pemanasan pada perpindahan panas semuanya dapat ditunjukkan pada Gambar 14. Untuk membandingkan karakteristik perpindahan panas selungkup dengan A = 1:2, A = 1:4, dan A = 1:1, Gambar 14 menunjukkan perbandingan angka Nusselt rata-rata antara A = 1:2, A = 1:4, dan A = 1:1 pada sudut rotasi yang berbeda. Ditemukan bahwa angka Nusselt meningkat dengan rasio aspek enklosur. Nomor Nusselt dari enklosur (A = 1:1 dan A = 1:2) dapat ditingkatkan sebesar 190,6% ~ 224,4% dan 103,6% ~ 172,0% dibandingkan dengan jumlah Enklosur Nusselt (A = 1:4) pada kondisi yang sama, masing-masing. Untuk T = 1 W dan α = 0° contoh, nanofluida dengan wt% = 0,5%, wt% = 0,3%, wt% = 0,1%, dan wt% = 0,0% dalam enklosur dengan A = 1:2 dapat meningkatkan perpindahan panas sebesar 120,4, 124,9, 126,5, dan 121,9% dibandingkan dengan yang ada di enklosur dengan A = 1:4. Rasio peningkatan menurun dengan daya pemanas. vUntuk T = 20 W dan α = 0°, nanofluida dengan wt% = 0,5%, wt% = 0,3%, wt% = 0,1%, dan wt% = 0,0% dalam enklosur dengan A = 1:2 dapat meningkatkan perpindahan panas sebesar 104.2, 106.5, 117,6, 120,7% dibandingkan dengan di dalam selungkup dengan A = 1:4. Ditemukan juga bahwa peningkatan bilangan Nusselt dari wt% = 0.1% menjadi wt% = 0.3% lebih besar dari pada dari wt% = 0.3% menjadi wt% = 0.5%. Hal ini karena peningkatan konduktivitas termal memainkan peran utama dalam perpindahan panas dari wt% = 0,1% menjadi wt% = 0,3%, yang menyebabkan peningkatan besar. Tetapi peningkatan viskositas mulai memainkan peran utama dalam perpindahan panas dari wt% = 0,3% menjadi wt% = 0,5%, yang menyebabkan peningkatan kecil. Karena Gambar 14 dapat mencakup semua hasil eksperimen, hasil rinci Gambar 14 ditunjukkan pada Tabel 2, 3, dan 4.

Perbandingan angka Nusselt antara rasio aspek yang berbeda. Comparison of average Nusselt numbers of nanofluid in different aspect ratios (A = 1:1, A = 1:2, and A = 1:4) and rotation angle enclosures at different heating powers. a Q = 1 W. b Q = 5 W. c Q = 10 W. d Q = 15 W. e Q = 20 W

Conclusions

The stability and natural convection heat transfer characteristics of the two enclosures with different rotation angles (α = −45°, α = 0°, α = 45°, and α = 90°) filled with TiO₂ -water nanofluid are experimentally investigated. Some conclusions are obtained as follows:

(1)
TiO₂ -water nanofluid with m = 6 wt% and pH = 8 has the lowest transmittance and has the best stability.
(2)
The enclosure with rotation angle α = 0° has the highest Nusselt number followed by the enclosure with rotation angles α = 45° and α = 90°; the enclosure with rotation angle α = −45° has the lowest Nusselt number.
(3)
There is a higher heat transfer performance in a bigger aspect ratio enclosure. The Nusselt numbers of enclosure (A = 1:1 and A = 1:2) can be enhanced by 190.6% ~ 224.4% and 103.6% ~ 172.0% compared with the Nusselt numbers of enclosure (A = 1:4) at the same conditions.
(4)
Nusselt numbers increase with nanoparticle mass fractions, but the enhancement ratio decreases with the heating power.
(5)
Average Nusselt numbers increase with the heating power. Average Nusselt numbers of nanofluid can be enhanced by 701.5% compared with water at the best.

Analisis Reflektansi Inframerah dari Lapisan GaN Doped Tipe-n Epitaxial yang Ditumbuhkan pada Safir Pengendalian Nonlinier Ganda dari Properti Mode dan Dispersi dalam Panduan Gelombang Plasmonic Grafena-Dielektrik

bahan nano