Penelitian tentang nanofluida telah meningkat secara eksplosif karena sifatnya yang menarik dalam transportasi panas atau massa, fluiditas, dan stabilitas dispersi untuk aplikasi sistem energi (misalnya, kolektor surya, pendinginan, pipa panas, dan penyimpanan energi). Bagian kedua dari tinjauan ini merangkum penelitian terbaru tentang penerapan TiO2 nanofluids dan mengidentifikasi tantangan dan peluang untuk eksplorasi TiO lebih lanjut2 nanofluida. Kedua review lengkap ini diharapkan dapat menjadi panduan referensi yang bermanfaat bagi para peneliti untuk memperbarui pengetahuan tentang status penelitian TiO2 nanofluida, dan komentar kritis, tantangan, dan rekomendasi dapat berguna untuk arah studi di masa mendatang.
Pada bagian pertama, studi tentang preparasi, stabilitas, dan properti telah ditinjau. Dapat dilihat bahwa banyak penelitian telah dilakukan pada arah preparasi dan sifat nanofluida [1,2,3,4,5,6,7]. Sementara itu, banyak juga upaya yang telah dilakukan untuk aplikasi nanofluida, terutama dalam sistem energi [8,9,10,11]. Karena peningkatan proses perpindahan panas dan massa, TiO2 nanofluida telah sementara diterapkan pada bidang kolektor surya [12], pendinginan [13,14,16], penyimpanan energi [17, 18], pipa panas [19,20,21], dan aplikasi energi lainnya [22,23] ,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34], seperti radiator mobil [31], sistem hybrid PV/T [32, 33], dan gabungan panas dan daya (CHP ) sistem [34]. Dalam penelitian kami sebelumnya, karakteristik perpindahan panas TiO2 nanofluida dalam konduksi panas, perpindahan panas didih konveksi paksa, dan perpindahan panas konveksi alami telah diringkas [35]. Namun, itu jauh dari ringkasan yang komprehensif untuk penerapan TiO2 nanofluida; ada juga banyak aplikasi praktis untuk TiO2 nanofluida. Di sini, di bagian 2, kami akan memberikan ulasan mendetail tentang konduktivitas termal dan aplikasi terkait energi TiO2 nanofluida. Kami berharap kedua ulasan yang digabungkan dengan laporan kami sebelumnya [35] dapat memberikan pemahaman yang komprehensif tentang kemajuan penelitian TiO2 nanofluida. Dengan berkembangnya teknologi nanofluida, diharapkan nanofluida dapat diterapkan secara praktis sebagai fluida kerja baru dan efisien untuk sistem energi tersebut.
Karena kinerja nanofluida yang luar biasa umumnya dikaitkan dengan sifat fisik fluida dengan penambahan nanopartikel, penyelidikan eksperimental atau teoritis pada konduktivitas termal nanofluida harus menjadi topik penting di bidang nanofluida. Meskipun sebagian besar artikel ulasan memperkenalkan konduktivitas termal di bagian properti fisik, meningkatkan konduktivitas termal juga merupakan aspek aplikasi penting dari nanofluida. Alasan lain menempatkan konduktivitas termal di bagian aplikasi adalah untuk menyeimbangkan konten dari dua ulasan.
Banyak hasil penelitian eksperimental dan teoritis telah menunjukkan bahwa penambahan nanopartikel jelas dapat meningkatkan konduktivitas termal fluida. Faktor pengaruh pada konduktivitas termal nanofluida dapat diinduksi sebagai kelompok berikut:(1) faktor internal, termasuk jenis partikel, konten [36, 37], ukuran [38], bentuk [39], dan struktur [40] dan jenis cairan dasar [41] dan kemungkinan surfaktan atau pengatur pH [42, 43] jika ada; (2) faktor eksternal, termasuk suhu [40], waktu getaran supersonik [44], waktu penyimpanan [45], atau waktu pengoperasian [46]; dan (3) faktor mikrokosmik, seperti keadaan muatan permukaan nanopartikel [47], cluster partikel [48], lapisan nano antarmuka [49], gerakan Brown [50], agregasi [51], resistansi termal antarmuka, dan massa perbedaan hamburan [52]. Studi kami sebelumnya telah menyediakan tabel untuk menunjukkan konduktivitas termal TiO2 nanofluida [35]. Namun, tidak intuitif dan tidak nyaman untuk memahami berbagai faktor efek pada tingkat pengaruh. Oleh karena itu, pada bagian 2 ini, pengaruh terhadap konduktivitas termal TiO2 nanofluida ditampilkan dalam gambar untuk memberikan pemahaman yang lebih perseptual.
Ringkasan peningkatan konduktivitas termal TiO2 –nanofluida air dengan fraksi volume nanopartikel dalam literatur yang tersedia ditunjukkan pada Gambar. 1. Dapat dilihat dari semua hasil eksperimen bahwa TiO2 nanopartikel dapat meningkatkan konduktivitas termal cairan dasar. Namun, peningkatan penelitian yang berbeda sangat berbeda. Misalnya, satu peningkatan pada konduktivitas termal nanofluida adalah sekitar 2–4 kali pembebanan volume TiO2 nanopartikel, termasuk Masuda et al. [53], Turgut dkk. [54], Zhang dkk. [55], Wang dkk. [56], Pak dan Cho [57], Yang dkk. [58], dan hasil [59] Mushed et al. Peningkatan lainnya dapat mencapai 6–20 kali pemuatan volume TiO2 nanopartikel, termasuk Yoo et al. [60], Wen dan Ding [61], Mushed dkk. [62], Dia dkk. [63], Chen dkk. [64], dan hasil [65] Saleh et al.
Ketergantungan fraksi volume konduktivitas termal TiO2 –air nanofluida dalam literatur yang tersedia
Perbedaan hasil ini mungkin karena selain fraksi volume, konduktivitas termal TiO2 nanofluida juga ditentukan oleh parameter partikel dan keadaan lingkungan, seperti ukuran dan bentuk partikel, surfaktan, nilai pH, dan suhu, yang sangat berbeda dalam pekerjaan yang berbeda. Selain itu, beberapa peneliti mengamati bahwa nanopartikel memiliki sedikit efek pada konduktivitas termal TiO2 nanofluida. Utomo dkk. [66] menyelidiki konduktivitas termal alumina berbasis air dan titania nanofluids. Mereka mengamati bahwa konduktivitas termal TiO2 nanofluida yang mereka siapkan sedikit lebih rendah dari prediksi model konvensional karena kandungan dispersan yang tinggi. Dan hasilnya jelas menunjukkan bahwa TiO2 nanofluida tidak menunjukkan peningkatan konduktivitas termal yang tidak wajar atau koefisien perpindahan panas konveksi dalam aliran pipa seperti yang ditunjukkan dalam laporan lain.
Pengaruh bentuk dan ukuran nanopartikel tidak diteliti secara luas seperti pada pemuatan partikel. Studi yang ada belum menunjukkan efek yang besar dari bentuk atau ukuran partikel pada konduktivitas termal TiO2 nanofluida, yang kemungkinan besar disebabkan oleh jumlah yang relatif kecil pada efek ini. Murshed dkk. [62] menyebarkan dua jenis TiO2 air nanopartikel menggunakan CTAB sebagai dispersan. Salah satu jenisnya berbentuk batang dengan diameter dengan panjang 10 nm × 40 nm. Dan jenis lainnya berbentuk bola dengan diameter 15 nm. Mereka mengamati bahwa konduktivitas termal dari kedua jenis TiO2 nanofluida meningkat dengan peningkatan pemuatan partikel, sedangkan partikel seperti batang memiliki kontribusi lebih dari yang berbentuk bola. Peningkatan maksimum dalam konduktivitas termal untuk yang pertama dan yang terakhir adalah masing-masing sekitar 33 dan 30%. Chen dkk. [64] mempelajari konduktivitas termal efektif dari empat jenis nanofluida yang dibuat secara ortogonal dari TiO2 nanopartikel (25 nm) dan TiO2 nanotube (10 nm × 100 nm) dengan air dan EG sebagai cairan dasar, masing-masing. Mereka menemukan bahwa perbedaan antara peningkatan TiO2 nanopartikel dan TiO2 nanotube pada konduktivitas termal tidak besar, sedangkan peningkatannya jauh lebih besar dari nilai perhitungan persamaan Hamilton–Crosser.
Suhu adalah faktor pengaruh penting lainnya pada konduktivitas termal TiO2 nanofluida. Gambar 2 menunjukkan pengaruh suhu terhadap peningkatan konduktivitas termal TiO2 nanofluida dalam penelitian yang berbeda. Wang dkk. [67] menyelidiki pengaruh pemuatan partikel dan suhu pada konduktivitas termal TiO berbasis air2 nanofluida. Hasil penelitian menunjukkan bahwa suhu kerja memainkan peran positif yang lebih penting dan memberikan kontribusi lebih besar terhadap konduktivitas termal pada suhu yang lebih tinggi. Mereka juga menyimpulkan bahwa hasilnya sesuai dengan nilai teoretis yang ditentukan dengan mempertimbangkan gerak Brown yang bergantung pada suhu dan konveksi mikro. Reddy dkk. [68] menyelidiki konduktivitas termal TiO2 nanofluida untuk pemuatan partikel yang berbeda dalam kisaran 0,2-1,0% pada suhu yang berbeda. Dan mereka mengamati bahwa konduktivitas termal TiO2 nanofluida meningkat dengan peningkatan pemuatan partikel dan suhu. Yang dkk. [58] menambahkan TiO2 nanopartikel ke amonia-air untuk menyiapkan nanofluida berbasis cairan biner. Mereka juga menemukan bahwa peningkatan suhu dapat mengakibatkan peningkatan rasio konduktivitas termal TiO biner2 nanofluida ke fluida dasar.
Pengaruh suhu terhadap peningkatan konduktivitas termal TiO2 nanofluida dalam penelitian yang berbeda
Hasil di atas menunjukkan bahwa TiO2 nanopartikel dapat memberikan kontribusi lebih besar terhadap konduktivitas termal TiO2 nanofluida pada suhu yang lebih tinggi. Namun, beberapa hasil tunggal tentang pengaruh suhu juga dapat dimasukkan. Turgut dkk. [54] menyelidiki konduktivitas termal efektif TiO berbasis air terdeionisasi2 nanofluida pada suhu 13, 23, 40, dan 55 °C. Mereka mengamati bahwa konduktivitas termal meningkat dengan peningkatan pemuatan partikel tetapi perubahan suhu memiliki sedikit pengaruh pada konduktivitas termal efektif TiO2 nanofluida. Selain itu, beberapa hasil menunjukkan bahwa suhu berperan pada konduktivitas termal yang efektif. Duangthongsuk dan Wongwises [69] menangguhkan TiO2 nanopartikel dalam air dengan rentang pemuatan volume 0,2 hingga 2%, dan mereka mengumpulkan data pada rentang suhu 15 hingga 35 °C. Mereka mengamati bahwa konduktivitas termal terukur dari TiO2 –nanofluida air meningkat dengan meningkatnya pemuatan partikel dan suhu, tetapi rasio konduktivitas termal menurun ketika suhu meningkat; mereka mengaitkan alasannya dengan laju pertumbuhan konduktivitas termal cairan dasar yang lebih cepat.
Alasan ketidakpastian peran suhu pada rasio konduktivitas termal TiO2 nanofluida mungkin karena mekanisme kompleks konduktivitas termal nanofluida. Ketika suhu berubah, parameter lain, seperti struktur, aktivitas permukaan, stabilitas dan partikel, karakteristik dispersan, dll. dapat diubah, dan parameter tersebut umumnya jauh berbeda dalam pekerjaan yang berbeda. Oleh karena itu, pengaruh suhu terhadap rasio konduktivitas termal TiO2 nanofluida terkait dengan nanopartikel spesifik dan jenis fluida dasar. Pengamatan ini dapat lebih ditingkatkan dengan penelitian Cabaleiro et al. [41], di mana perilaku konduktivitas termal yang bergantung pada suhu dipelajari untuk anatase dan rutil TiO2 nanofluida dengan etilena dan propilen glikol sebagai cairan dasar, masing-masing. Ketergantungan suhu dari konduktivitas termal dari keempat jenis TiO2 nanofluida ditunjukkan pada Gambar. 3. Dapat diamati bahwa keempat jenis nanofluida menunjukkan konduktivitas termal yang lebih tinggi daripada fluida dasar yang sesuai. Suhu memainkan peran yang berbeda untuk TiO2 nanofluida yang mengandung nanopartikel struktur nanokristalin yang berbeda dan dengan fluida dasar yang berbeda. Konduktivitas termal meningkat saat suhu meningkat untuk nanofluida berbasis EG, dengan kenaikan maksimum 11,4% oleh suhu dalam rentang penelitian, sementara tampaknya hampir tidak tergantung pada suhu untuk nanofluida berbasis PG.
Ketergantungan suhu konduktivitas termal dari empat jenis TiO2 nanofluida [41]. Direproduksi dengan izin dari Elsevier
Bahan cairan dasar juga dapat mempengaruhi konduktivitas termal TiO2 nanofluida. Chen dkk. [64] mengukur konduktivitas termal efektif TiO berbentuk bola dan tabung2 nanofluida dengan air dan etilen glikol sebagai cairan dasar, masing-masing. Mereka mengamati bahwa kedua peningkatan TiO2 nanopartikel dan TiO2 nanotube dengan EG sebagai cairan dasar lebih tinggi dibandingkan dengan air sebagai cairan dasar. Reddy dkk. [68] menemukan bahwa peningkatan konduktivitas termal untuk berbasis air, berbasis EG/W (40%:60%), dan EG/W (50%:50%) berbasis TiO2 nanofluida masing-masing meningkat dari 0,649 menjadi 5,01%, 1,94 menjadi 4,38%, dan 10,64 menjadi 14,2%, ketika konsentrasi volume TiO2 nanopartikel meningkat dari 0,2 menjadi 1,0% pada suhu kamar (30 °C). Namun, beberapa hasil yang berlawanan juga dapat diamati, Cabaleiro et al. [41] menemukan bahwa peningkatan konduktivitas termal untuk TiO2 nanofluida dengan EG, PG, atau minyak parafin sebagai cairan dasar jelas lebih rendah dibandingkan dengan air sebagai cairan dasar. Juga, dalam laporan Sonawane et al. [70], efek cairan dasar dianggap kompleks dan tidak dapat diakses karena konduktivitas termal TiO2 nanofluida dengan 1 vol.% pemuatan partikel mengikuti urutan berikut:nanofluida berbasis minyak parafin> nanofluida berbasis air> nanofluida berbasis EG, sedangkan cairan berbasis murni mengikuti urutan air> EG> minyak parafin. Mereka menganalisis pengamatan yang tidak menentu ini dari perspektif efek viskositas dan berpikir bahwa viskositas fluida dasar yang lebih rendah dapat memberikan kontribusi lebih besar pada peningkatan konduktivitas termal nanofluida.
Penambahan surfaktan merupakan faktor penting lainnya pada konduktivitas termal TiO2 nanofluida. Beberapa hasil menunjukkan surfaktan berpengaruh positif terhadap konduktivitas termal. Saleh et al.'s [65] mempelajari pengaruh berbagai jenis surfaktan pada konduktivitas termal TiO2 nanofluida air, dan hasilnya ditunjukkan pada Gambar 4. Dapat dilihat bahwa ketiga jenis surfaktan dapat sangat meningkatkan konduktivitas termal nanofluida dan nanofluida dengan SDS sebagai stabilizer menunjukkan peningkatan terbesar, diikuti oleh mereka dengan CTAB dan Span-80 sebagai stabilizer. Dan mereka berpikir bahwa stabilitas dispersi dan sifat permukaan partikel terlibat dalam peningkatan konduksi termal nanofluida.
Pengaruh surfaktan yang berbeda pada konduktivitas termal TiO2 -air nanofluida [65]. Direproduksi dengan izin dari Elsevier
Ada juga beberapa hasil yang berbeda pada efek surfaktan. Yang dkk. [58] menemukan bahwa ketika kandungan amonia dalam cairan dasar meningkat, rasio konduktivitas termal TiO2 nanofluida juga akan meningkat karena kestabilan TiO2 nanofluida amonia-air akan ditingkatkan pada nilai pH yang lebih tinggi. Dan surfaktan PEG1000 dan PAA dalam konsentrasi rendah memiliki pengaruh yang relatif lebih kecil daripada faktor dampak lainnya pada konduktivitas termal seperti, partikel atau kandungan amonia, suhu. Namun, PEG1000 dapat meningkatkan stabilitas TiO2 nanofluida amonia-air, yang menginduksi peningkatan konduktivitas termal nanofluida. Murshed dkk. [62] menemukan bahwa asam oleat dan CTAB dapat meningkatkan stabilitas dispersi TiO2 nanofluida tanpa berdampak pada sifat fisik termal nanofluida dan koefisien perpindahan panas fase tunggal karena kandungan surfaktan yang digunakan dalam percobaan mereka sangat rendah yaitu. 0,01–0,02 vol.%. Ada juga beberapa hasil yang menunjukkan surfaktan memiliki efek depresi. Utomo dkk. [66] menyelidiki konduktivitas termal Al2 . berbasis air O3 dan TiO2 nanofluida. Mereka menemukan bahwa beban stabilisator yang tinggi dapat mengakibatkan penurunan konduktivitas termal efektif dari kedua jenis nanofluida tersebut.
Sonikasi juga menunjukkan beberapa efek pada konduktivitas termal TiO2 nanofluida. Ismay dkk. [71] menemukan bahwa konduktivitas termal TiO2 –nanofluida air mencapai maksimum ketika nilai pH mendekati 7 dan ditingkatkan lebih lanjut dengan sonikasi 2 jam. Dan mereka berpikir bahwa agregasi dapat menjelaskan peningkatan yang diamati karena efek perkolasi. Sonawan dkk. [70] melakukan penelitian khusus tentang efek pada konduktivitas termal dengan waktu ultrasonik, dan hasilnya ditunjukkan pada Gambar. 5a–c. Hal ini dapat ditemukan untuk ketiga jenis nanofluida dalam berbagai konsentrasi, proporsi peningkatan konduktivitas termal meningkat terlebih dahulu dan kemudian menurun seiring dengan peningkatan waktu ultrasonik, dan peningkatan maksimum terjadi pada waktu sonikasi 60 menit. Mereka mengaitkan alasannya sebagai berikut:waktu sonikasi optimal 60 menit dapat mengintensifkan gerakan Brown dari nanopartikel dan interaksi antarmolekul antara partikel dan cairan curah, yang menghasilkan peningkatan konduktivitas termal. Namun, sonikasi lama yang melebihi 60 mnt dapat menyebabkan pengelompokan dan agregasi nanopartikel, yang dianggap bertanggung jawab atas penurunan transpor panas dan konduktivitas termal dalam nanopartikel.
Peningkatan persen dalam konduktivitas termal sebagai fungsi waktu sonikasi. a Cairan dasar:air. b Cairan dasar:etilen glikol. c Cairan dasar:minyak parafin. Digambar ulang berdasarkan data eksperimen dalam referensi [70]
Kajian teoritis tentang nanofluida merupakan salah satu hotspot penelitian di bidang nanofluida. Ada banyak model konduktivitas termal yang diusulkan dalam beberapa tahun terakhir. Secara umum dianggap bahwa kebanyakan model konvensional dapat digunakan untuk TiO2 nanofluid kecuali ada batasan khusus. Namun, karena perbedaan besar dalam data eksperimen konduktivitas termal TiO2 nanofluida, hampir tidak mungkin satu model cocok untuk semua hasil yang berbeda. Karena model konvensional sulit diterapkan pada kasus individual, beberapa model konduktivitas termal ditargetkan untuk TiO2 nanofluida juga diusulkan dalam beberapa tahun terakhir. Tabel 1 memberikan ringkasan persamaan model konduktivitas termal yang tersedia khusus dalam TiO2 nanofluida. Dapat dilihat bahwa faktor-faktor seperti lapisan antarmuka [59, 72], gerakan Brown [73, 74], ukuran partikel dan rasio aspek [72, 75], dan agregasi [76] telah dipertimbangkan dalam beberapa model. Dan ada juga beberapa model yang diajukan hanya dengan eksperimen fitting atau analysis of variance [68, 74, 77,78,79,80,81,82]. Dapat disimpulkan bahwa model tersebut hanya cocok untuk kasus masing-masing. Meskipun studi teoritis tentang konduktivitas termal nanofluida telah banyak dikembangkan, kelemahan paling mendasar terletak pada perbedaan besar dalam hasil eksperimen yang berbeda. Agak sulit untuk memahami secara komprehensif dan akurat proses konduksi panas dalam nanofluida karena struktur nano dan gerakan mikro partikel sulit untuk dijelaskan secara kuantitatif. Oleh karena itu, karena akurasi model yang buruk untuk kasus aplikasi individual, cara terbaik untuk mendapatkan konduktivitas termal nanofluida untuk merancang sistem aplikasi adalah dengan melakukan percobaan pendahuluan.
Analisis di atas mengungkapkan bahwa saat ini masih terdapat kontroversi dan inkonsistensi tentang faktor-faktor yang mempengaruhi konduktivitas termal TiO2 nanofluida. Meskipun pemuatan partikel telah menunjukkan korelasi positif dengan konduktivitas termal nanofluida, efek dari faktor lain termasuk bentuk partikel, ukuran, jenis fluida dasar, suhu, surfaktan, dan sonikasi adalah satu kesatuan. Bahkan untuk efek pemuatan partikel, intensitas pertumbuhan konduktivitas termal sangat berbeda untuk sampel yang berbeda. Inkonsistensi konduktivitas termal nanofluida dalam berbagai penelitian terutama karena konduktivitas termal secara simultan dipengaruhi oleh banyak faktor terutama beberapa parameter mikroskopis seperti pengelompokan partikel dan gerakan mikro yang agak sulit untuk analisis atau pengukuran kuantitatif.
Kontroversi lain adalah mekanisme peningkatan konduksi panas nanofluida. Pengelompokan dan pengumpulan partikel dianggap bertanggung jawab atas peningkatan konduksi panas nanofluida [48, 50, 51]. Namun, nanofluida stabil dengan agregasi lebih sedikit oleh surfaktan yang sesuai atau perlakuan sonikasi juga telah menunjukkan konduktivitas termal yang lebih tinggi [62, 65, 66, 70, 71]. Mekanisme utama peningkatan konduksi panas nanofluida adalah pengelompokan partikel atau gerakan mikro, atau beberapa faktor lain yang perlu dianalisis lebih lanjut.
Sebagai sumber energi terbarukan yang bersih, energi matahari memiliki dampak lingkungan yang minimal. Namun, pengembangan kolektor panas matahari dibatasi oleh sifat penyerapan yang buruk dari fluida kerja konvensional. Oleh karena itu, dalam beberapa tahun terakhir, teknologi nanofluida telah digunakan secara bertahap pada kolektor surya untuk menghasilkan sifat termal dan optik yang unggul. Diharapkan dengan adanya fluida perpindahan panas dan penyerapan matahari generasi baru ini dapat meningkatkan efisiensi penggunaan energi matahari.
Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 6, diagram skematik khas sistem pemanas air surya berkonsentrasi nanofluida dapat diamati dalam laporan Khullar et al. [83]. Mereka berpikir bahwa sejumlah besar pengurangan emisi dan penghematan energi dapat dicapai ketika menerapkan kolektor surya berkonsentrasi berbasis nanofluida. Chaji dkk. [84] menyelidiki efek kandungan partikel dan laju aliran cairan pada efisiensi kolektor pelat datar skala kecil dengan TiO2 nanofluida. Mereka menemukan indeks efisiensi kolektor menggunakan TiO2 nanofluida meningkat 2,6 hingga 7% dibandingkan dengan cairan dasar berdasarkan Standar Eropa EN12975-2. Said dkk. [85] menggunakan TiO2 –H2 O nanofluid sebagai fluida kerja untuk meningkatkan kinerja kolektor surya plat datar. Mereka mengamati nanofluida yang disiapkan dapat tetap stabil selama lebih dari 1 bulan. Hasil menunjukkan bahwa dibandingkan dengan fluida dasar air, efisiensi energi dapat ditingkatkan sebesar 76,6 vol.% pembebanan dan laju aliran 0,5 kg/menit, dan efisiensi energi tertinggi sebesar 16,9% dapat dicapai pada kondisi operasi ini.
Skema sistem pemanas air tenaga surya konsentrat berbasis nanofluida. Digambar ulang berdasarkan referensi [83]
Penelitian teoritis tentang kinerja kolektor surya menggunakan nanofluida juga telah dikembangkan dalam beberapa tahun terakhir. Alim dkk. [86] mempelajari secara teoritis pembangkitan entropi, karakteristik perpindahan panas, dan penurunan tekanan Al2 O3 , CuO, SiO2 , dan TiO2 nanofluida dalam kolektor surya pelat datar di bawah aliran laminar. Mereka menemukan bahwa semua jenis nanofluida dapat meningkatkan kinerja sementara faktor gesekan hampir mirip dengan fluida berbasis air. Faizal dkk. [87] juga melakukan studi numerik pada kinerja keempat jenis nanofluida di kolektor surya. Mereka mengamati bahwa penghematan energi dari keempat jenis nanofluida dapat melebihi 20%, yang akan menghasilkan pengurangan emisi gas rumah kaca.
Peningkatan kinerja oleh nanofluida dalam kolektor surya umumnya dikaitkan dengan dua faktor utama:karakter perpindahan panas yang ditingkatkan dan sifat optik. Oleh karena itu, sifat optik nanofluida dalam sistem penyerapan matahari juga diselidiki oleh para peneliti. Said dkk. [88] melakukan studi eksperimen dan analitik pada kinerja penyerapan matahari TiO2 dan Al2 O3 nanofluida. Mereka menggunakan dua fraksi volume 0,1 hingga 0,3 vol.% untuk penyelidikan properti fotosensitif. Beberapa teori klasik termasuk pendekatan Rayleigh, Maxwell–Garnett, dan Lambert–Beer diadopsi dalam analisis analitisnya. Mereka menyimpulkan bahwa sifat optik TiO2 nanofluida lebih tinggi daripada Al2 O3 nanofluida dalam kisaran cahaya tampak untuk semua pemuatan partikel. Dia dkk. [89] membandingkan efisiensi konversi panas-ringan dari TiO2 –air dan CNT–air nanofluida dalam kolektor surya tabung yang dievakuasi baik dalam kondisi cerah maupun berawan. Mereka mengamati bahwa kenaikan suhu CNT-air nanofluida lebih tinggi dari TiO2 –nanofluida air, yang menunjukkan bahwa karakteristik konversi cahaya-panas yang pertama lebih baik daripada yang terakhir.
Said dkk. [90] berpikir bahwa sebagian besar penelitian difokuskan pada sifat termofisika dan optik dasar nanofluida; studi tentang beberapa faktor penting untuk hamburan dan penyerapan termasuk ukuran partikel, bentuk, dan konten serta jenis fluida dasar jarang ditemukan. Untuk menguji faktor-faktor tersebut, mereka melakukan penelitian terkait dan mengamati bahwa ukuran partikel memiliki pengaruh yang kecil ketika di bawah 20 nm, dan kandungan partikel berbanding lurus dengan koefisien kepunahan. Untuk nanofluida yang mengandung 20 nm TiO2 nanopartikel, transmisivitas hampir nol untuk panjang gelombang mulai dari 200 hingga 300 nm, tetapi masing-masing 71% untuk 400 nm dan 88% untuk 900 nm. Mereka juga menyarankan bahwa fraksi volume TiO2 nanopartikel harus di bawah 0,1%, di mana hasil yang jauh lebih baik dapat diperoleh.
Kim dkk. [91] melakukan penelitian teoritis rinci dengan menggunakan MWCNT, Al2 O3 , CuO, SiO2 , dan TiO2 nanofluida dengan PG (propilen glikol)–air (20:80) cairan dasar dalam kolektor surya tabung-U suhu tinggi. Mereka mengamati efisiensi kolektor dari efisiensi kolektor surya memiliki korelasi positif yang jelas dengan konduktivitas termal nanopartikel yang ditambahkan karena berada dalam urutan dari terbesar ke terkecil:MWCNT, CuO, Al2 O3 , TiO2 , dan SiO2 nanofluida. Mereka juga menganalisis pengurangan emisi CO2 dan SO2 serta konsumsi listrik dan energi di seluruh dunia. Hasil mereka mendukung bahwa nanofluida memiliki potensi besar untuk penghematan energi dan pengurangan emisi. Karena hasil teoretis mereka belum mempertimbangkan situasi dispersi nanofluida yang berbeda, kinerja aktual perlu diverifikasi secara eksperimental.
Secara kebetulan, studi eksperimental serupa kolektor surya pelat datar menggunakan nanofluida yang berbeda dilakukan oleh Verma et al. [92]. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa hanya untuk pemuatan volume partikel 0,75% dan pada laju aliran 0,025 kg/s, efisiensi eksergi nanofluida dibandingkan dengan air masing-masing meningkat sebesar 29,32, 21,46, 16,67, 10,86, 6,97, dan 5,74% untuk graphene. , CuO, Al2 O3 , TiO2 , dan SiO2 nanofluida. Juga, penurunan generasi entropi mengikuti urutan ini. Hasil mereka juga mendukung bahwa efisiensi kolektor surya memiliki korelasi positif dengan konduktivitas termal nanopartikel yang ditambahkan.
Namun ada juga beberapa penelitian yang memberikan hasil yang berbeda. Mahian dkk. [93] menganalisis kinerja kolektor surya berbasis saluran mini menggunakan empat nanofluida air yang berbeda dengan Cu, Al2 O3 , TiO2 , dan SiO2 nanopartikel masing-masing. Hasil mereka menunjukkan Al2 O3 nanofluida menunjukkan koefisien perpindahan panas tertinggi sedangkan nilai terendah dimiliki oleh SiO2 –nanofluida air, tetapi suhu keluaran mengikuti urutan ini:Cu> TiO2> Al2 O3> SiO2 nanofluida. Mereka juga mengamati bahwa generasi entropi TiO2 –air lebih rendah dari Al2 O3 –nanofluida air meskipun konduktivitas termal yang pertama lebih rendah daripada yang terakhir.
Nano-refrigerant adalah jenis khusus dari nanofluid yang terdiri dari nanopartikel dan refrigeran serta kemungkinan pelumas. Nano-refrigerant is a new generation of refrigerant for using compression or absorption refrigeration, air conditioning systems, heat pumps, etc. In recent years, many studies regarding nano-refrigerants have shown that adding nanoparticles into refrigerants or lubricant can achieve a better system performance and energy efficiency.
Table 2 shows summary of related studies on TiO2 nanoparticle-based nano-refrigerants. It can be seen that the TiO2 nanoparticles can work normally and safely with many kinds of refrigerants, including R134a, R600a, R436a, R436b, R141b, R123, R12, R22, and R410a. It can be seen that most results showed that adding TiO2 nanoparticles could bring benefits to the refrigeration system and the lubricating oil system, such as improving the performance [94], reducing the energy consumption [95,96,97], and the irreversibility [98]. Also, some research focused on the heat transfer [99, 100] and pressure drop [101] of the nano-refrigerant system to investigate the effect mechanism of the nanoparticles. Li dkk. [102] investigated the coefficient of performance (COP) of the refrigeration system for both the cooling cycle and heating cycle, and the results showed that adding TiO2 nanoparticle would lead to a slight decrease in COP of the cooling cycle but a significant increase in COP of the heating cycle based on the power consumption of the compression. Bi et al. [96] experimentally investigated the reliability and performance of a domestic refrigerator with HFC134a as refrigerant and Mineral oil with TiO2 nanoparticles mixtures as lubricant. As illustrated in Fig. 7, the system main consists of fresh food storage room and frozen food storage room as well as refrigeration system pipelines. The results showed that the system TiO2 nanoparticles works normally and safely and adding 0.1 wt.% TiO2 nanoparticles can reduce 26.1% energy consumption while particle type has little effect on performance.
Schematic diagram of a domestic refrigerator with HFC134a, mineral oil and TiO2 nanoparticles [96]. Reproduced with permission from Elsevier
In addition, there is likewise a forward-looking study on the effect on the environment. Javadi and Saidur [103] observed that adding 0.1% of TiO2 nanoparticles to mineral oil-R134a could result in the maximum energy savings of 25% and reduce the CO2 emission by 7 million tons by year of 2030 in Malaysia.
It can be seen from Table 2 that the amounts of nanoparticles used in refrigerants were very low as below 0.1% [94,95,96,97,98,99,100,101,102,103], which can prevent clogging by the possible sedimentation of nanoparticles. However, although all results seemed positive, the long-term performance of the refrigeration system using nano-refrigerants is a great challenge.
Lin et al. [15] investigated the suspending ratio of (0.1 to 1%) nanolubricant–refrigerant after continuous alternation processes of condensation and evaporation. The schematic diagram and photographic view of their experimental system is shown in Fig. 8. They found that the degradation ratio was 28 to 73% after 20 times’ alternate operations. Also, they found lower particle loading can reduce the degradation speed. It can be concluded that the longtime performance of nano-refrigerant system is the essential step for further application in nano-refrigeration system.
a , b Experimental setup for condensation–evaporation alternation [15]. Reproduced with permission from Elsevier
The storage of latent heat is through the most efficient mean of storing thermal energy. The conventional PCMs have a shortcoming of inadequate heat transfer performance which can reduce the rate of storing and releasing thermal energy. Therefore, some researchers have studied the method of improving the heat transfer performance by adding nanoparticles into PCMs.
Usages of PCMs mainly include energy storage of heating or cooling capacity. Research on cool storage application of TiO2 nano-PCMs is relatively rare. Liu dkk. [104] find that thermal conductivity of saturated BaCl2 aqueous solution increases remarkably when adding a small amount of TiO2 nanopartikel. They found the thermal conductivity was increased by 15.65% as the TiO2 nanoparticle volume fraction was 1.13% at temperature of 15 °C. They thought this nanofluid is a good phase change materials (PCMs) with higher cool storage/supply capacity and rate compared with its base fluids, which exhibited good potential for being applied to cool storage as a substitute for conventional PCMs.
Another similar study was conducted by He et al. [105]. They also found the thermal conductivity of saturated BaCl2 aqueous solution can be distinctly enhanced by 12.76% when adding a small amount of TiO2 nanoparticles at −5 °C. Although decreases in the latent heat and specific heat and an increase in viscosity were found, those varieties have little effect on the cool storage system since the supercooling degree is reduced by 84.92%. They also thought that TiO2 -saturated BaCl2 aqueous solution is suitable for low-temperature energy storage industries.
Studies on cool storage of TiO2 nano-PCMs are in the minority, while most PCM applications focus on the heat storage. Table 3 shows a brief summary on the thermal conductivities and the latent heat of TiO2 nano-PCMs for thermal storage applications in existing literatures. Sharma et al. [106] prepared a composite of palmitic acid (PA) and TiO2 nanoparticles with SDBS as dispersant for thermal energy storage application. The preparation steps of PA–TiO2 composites are shown in Fig. 9. It can be observed that the dispersion methods including adding surfactant, stirring, and ultrasonic vibration were implemented under the condition that the temperature of the base PA is above the melting temperature to confirm its liquid state.
Preparation steps of PA–TiO2 composites [106]. Reproduced with permission from Elsevier
Their results showed that the thermal conductivity increased by 12.7, 20.6, 46.6, and 80% when the mass fractions of TiO2 nanoparticle were 0.5, 1, 3, and 5%, respectively. And they considered this PCM could be a good candidate as potential solar thermal energy storage materials due to its high latent heat and thermal reliability of palmitic acid. Harikrishnan et al. [107] dispersed TiO2 nanoparticles into PCM stearic acid and found this composite can accelerate the melting and solidification rates due to the enhanced heat transfer performance. They also observed that the addition of 0.3% nano-TiO2 nanoparticles can increase the thermal conductivity of stearic acid by approximately 63%. In their another research [108], they used stearic acid and lauric as base PCM and found an increment of 42% in thermal conductivity and a reduction of only 2% of latent heat of fusion. Motahar et al. [109] dispersed the TiO2 nanoparticles into organic PCM n-octadecane and found that the maximum enhancements of thermal conductivity in solid and liquid phases occurred at 3 and 4 wt.%, respectively. Moreover, the maximum average thermal conductivity enhancement for both phases was 26.6% when loading 5 wt.% nanoparticles.
Another experimental research focusing on the solidification process of PCM containing TiO2 nanoparticles was also performed by Motahar et al. [110]. They observed that the rheological behavior of liquid PCM–TiO2 at higher loading tends to Bingham fluids so that their solidification experiments were performed within 0–2.17 Bingham numbers. The results showed that the addition of TiO2 nanoparticles can enhance the thermal conduction process and hence increase the solidified volume. For particle mass loading of 1, 2, and 4%, the solidified volume fraction was increased by 7, 9, and 18%, respectively. At last, they proposed a universal correlation to predict the solidified volume fraction as a function of Fourier number, Rayleigh number, solid Stefan number, Bingham number, and particle loading.
Most of the results showed that when adding TiO2 nanoparticles, the thermal conductivity of PCMs can be greatly increased, while the latent heat will be decreased slightly, which is probably as a result of the thermal conductivity of nanoparticles which is much larger than the base composite, while the nanoparticles will not take part in the phase changing process as the base composite. However, in some case, both of the thermal conductivity and latent heat capacity of PCMs were considered to be elevated. Wang dkk. [111] prepared nano-PCMs by adding TiO2 nanoparticles into paraffin. They found the addition of TiO2 nanoparticles can change the phase transition temperature and latent heat capacity of paraffin. The phase transition temperature dropped with <1% loading, while increased with>2% loading of particles. The latent heat increased firstly and then decreased as the loading of particles increase. And the turning concentration is 0.7 wt.%, at which a maximum latent heat capacity can be achieved. While the thermal conductivity of the nano-PCMs increased monotonously with the loading of TiO2 nanopartikel. When the loading of TiO2 nanoparticles reached 7 wt.%, the thermal conductivity was increased by 13% but the latent heat was reduced by 9%.
The characteristics of boiling heat transfer and critical heat flux enhancement of nanofluids can be utilized in the heat pipe to improve its performance and broaden the application range. And some numerical results [112, 113] have shown that for thermosyphon heat pipe, using the nanofluid could achieve a better heat transfer characteristics. Also, some researchers have carried out related research using TiO2 nanofluids.
Zhou dkk. [114] tested gravity heat pipes filled with DI water and TiO2 nanofluids, where the concentration and filling ratio of nanoparticles were varied and the initial temperature distribution was given. The result indicated that the heat pipes filled with nanofluids had a lower start-up temperature and a shorter start-up time in evaporation section under the condition of a water bath. And the biggest temperature drop between the evaporation section and the condensation section for heat pipes filled with TiO2 nanofluids was lower than those filled with DI water. The start-up time of heat pipes with filling ratios ranged between 50 and 70% in the evaporation section increased with the increase of the filling ratio and heating temperature, but the small inclination angle had a negative effect on the start-up performance.
Saleh et al. [65] collected data from different nanofluid experiments, where particle volume loading was up to 1.0% and the temperature of measurements ranged from 10 to 60 °C. They discovered that these data agreed with the classical Brownian motion theoretical model. They also investigated experimentally the effect of nanofluids on the thermal performance of heat pipes by measuring the wall temperature and thermal resistance distributions between the evaporation and condensation section. They found that distilled water and nanofluids achieved the best heat transfer performance when the inclination was set to 45° and the charge volume ratio of working fluid was 60%.
In 2015, Monirimanesh et al. [115] designed a thermosyphon-type heat pipe heat exchanger (HPHX) using TiO2 nanofluids as the working fluid to save energy in an air conditioning system. Their experimental apparatus was constructed as shown in Fig. 10. They establish a pre-cooling and pre-heating device to produce altered conditions of the inlet air for investigating the performance of HPHX. The evaporator and condenser section of the HPHX functioned as a pre-cooler and reheating coil for the air conditioning system respectively. They also employed an electric heater and electric boiler to supply heat and steam into the entered fresh air by a fan for the purpose of simulating the hot and humid climate. Their results showed that using TiO2 nanofluids and increasing the HPHX number of rows could make a part of air condensed on the evaporator fin, which could enhance the energy in the pre-cooling section. The use of 3 wt.% TiO2 –methanol nanofluids in a four-row HPHX could achieve the highest energy savings ranging from 30.6 to 32.8% when the inlet air under the properties of 45 °C and 50–74% relative humidity. Based on a comprehensive consideration of the main purpose of supplying the energy required for reheating, they suggested that 2 wt.% TiO2 –methanol nanofluid for the four-row HPHX would have been adequate and more economical.
Schematic of the experimental apparatus [115]. Reproduced with permission from Springer
The mass transfer of nanofluids is another important application aspect of TiO2 nanofluids. Current research has shown that TiO2 nanofluids can be used to enhance the absorption process of CO2 and NH3 as well as the mass transfer coefficient of electrolyte fluids.
Li dkk. [116] prepared stable N -methyldiethanolamine (MDEA)-based nanofluids to strengthen the absorption performance of CO2 in the MDEA solution. The CO2 absorption characteristics in the gas/liquid interface of nanofluids were investigated by measuring the absolute pressure drop of gas. The mass fraction of MDEA was 50%. And they used two particle mass fractions of 0.1 and 0.4%. The results showed that the CO2 absorption rate increases with increasing temperature and it is enhanced by the added nanoparticles. However, at 20 and 30 °C, the enhancement caused by the mass fraction of nanoparticle (0.1 and 0.4%) reduced gradually. The effective absorption ratio varied from 1.03 to 1.14. Also, CO2 bubble absorption ratio increased with the increase of nanoparticle mass fraction.
Yang [117] prepared stable TiO2 nanofluids without adding dispersant and then carried out a comparative experiment on the falling film performance of absorption of ammonia gas by nanofluids and pure water. The schematic diagram of the experimental system for NH3 –H2 O nanofluid falling film absorption is shown in Fig. 11. They found that the absorption rate of ammonia gas can be increased by 10% when adding anatase TiO2 nanofluids. Wu [118] used the similar experimental device but changed the falling film tube of Fig. 11 into a fin tube. He investigated the effect of rutile TiO2 nanofluids on the ammonia absorption performance of falling film outside a fin tube. The result showed that the combined use of zigzag tubule and TiO2 nanofluids can strengthen the ammonia–water falling film absorption and the maximum increment can reach 60.8%.
Schematic diagram of the experimental system for NH3 –H2 O nanofluid falling film absorption [117]. 1 NH3 vessel, 2 decompression valve, 3 constant pressure controller, 4 , 11 container of solution, 5 inlet of cooling water, 6 , 10 constant flow controller, 7 falling film tube, 8 visible absorber body, 9 solution distributor, 12 tubes for balancing pressure, 13 outlet of cooling water, 14 HP data acquisition instrument, 15 computer
Beiki et al. [119] investigated experimentally the turbulent mass transfer characteristics of TiO2 and γ-Al2 O3 electrolyte nanofluids in a circular tube. The results showed that adding 0.015 vol.% TiO2 and 0.01 vol.% γ-Al2 O3 could bring an increase in mass transfer coefficient of the electrolyte solution by 18 and 10%, respectively. They found that the enhancement ratio was independent of Reynolds number. The mass transfer coefficients increased firstly and then decreased as the nanoparticle loading increase. They attributed the cause of the existing of optimal particles’ loading to the clustering of nanoparticles and forming bigger agglomerates with smaller Brownian velocity when exceeding the optimum loading.
As a coolant, nanofluids’ heat transfer enhancement characteristic can improve the cooling performance [120]. Moreover, when nanofluids are used for milling, another characteristic of nanofluids viz. enhancement in wear resistance can also play an important role in extending the lifetime of the milling tool.
Yogeswaran et al. [121] investigated experimentally the effects of coolant of TiO2 –EG nanofluid on the tool wear and workpiece temperature at the various milling conditions when used for milling a stainless steel AISI 304. The milling tool was made of a TiN-coated carbide insert. The results showed that comparing to pure base fluid, the workpiece temperature was reduced by 30% when using the nanofluid as coolant. The tool wear from milling using the EG-based TiO2 nano-coolant is much less than using the normal commercial coolant because the nanofluids can reduce the heat penetrating into the inserts. And the tool life is increased as a result of the nanoparticles reduces the damage on the edge of the tool.
Muthusamy et al. [122] also compared the efficiency of nanoparticle-based coolant (TiO2 –EG) and conventional water-soluble coolant on the tool life and wear performance of a TiN-coated carbide insert in the end-milling process of AISI304 stainless steel. The results showed that using TiO2 –EG nanofluid as coolant could increase the tool life from 32.67 to 54.9 min (increased by 40.55%) comparing to that using TiO2 –EG nanofluid as coolant instead of water-soluble coolant. They attributed the cause to a Ti nanoparticle layer on the edge of the insert formed during the milling process when using TiO2 –EG nanofluid, which can be proved from the SEM and EDX of cutting edge as shown in Fig. 12. When using nanofluids as coolant, the oxidation still occurred despite the cutting temperature was reduced at the interface of the tool and workpiece since it can be found from Fig. 12 the O peak on the EDX spectrum. The hard oxidation layer was formed due to the entering of oxygen from TiO2 –EG nanofluid into the tool–workpiece interface. Then, the hard oxidation layer can protect the tool from micro-cracking and chipping wear because it could not be easily detached despite under the severe impact of the milling force and took parts of the tool surface from the workpiece.
SEM and EDX of cutting edge [122]. At a cutting speed of 1500 rpm, feed rate of 0.02-mm tooth, and axial depth of 0.1 mm using nanoparticle-based coolant at a cutting distance of 180 mm (×60 magnification). Reproduced with permission from Springer
The above energy-related examples have exhibited the extensive application prospect and excellent properties of TiO2 nanofluids. Although in some cases, especially in heat transfer applications, the heat transfer performance of TiO2 nanofluids are not better than that of Ag, Cu, and CNT nanofluids, TiO2 nanofluid is also a good choice due to their comprehensive properties for instance better dispersion and chemical stability, security, and economy.
Although TiO2 nanofluids have showed great enhancement in heat transfer of solar collectors, refrigeration, energy storage, heat pipes, and coolant of milling, the investigations on the performances including dispersion stability and heat transfer performance after running operations are in great lack. Most dispersion stability studies are in static conditions, but it is important that the nanofluids prepared should be treated in the practical application conditions to examine the dynamic cycle stability and the sustainability of both system performance and components of nanofluids.
Generally, the biggest downside in application of nanofluids is the sedimentation and degeneration of nanoparticles after long running which makes the long-term performances of nanofluid system challenged. Some researchers have proposed a new idea and a novel method to re-disperse the aggregates in real time of the running system [123]. However, the concrete effect of the device has to be verified experimentally, and then, the design and location of the re-dispersion device needs to be improved. The surfactant is expected to have positive effect on the re-dispersion characteristic of aggregates. However, one of the biggest flaws in using surfactants is the occurrence of foaming when the fluids are under flowing or heating conditions which would have adverse impacts on the heat or mass transfer application of nanofluids. This defect suggests the amount of surfactant employed in the nanofluids should be limited.
Another great limitation in application of nanofluid is the increase in pumping power and pressure drop of nanofluids, which is essential for the high-quality application of solar collectors, refrigeration, and heat pipes. For instance, Sajadi and Kazemi [124] found the proportional increase in pressure drop of TiO2 nanofluids is higher than that of heat transfer coefficient. While Teng et al. [125] found the pressure drop proportion of TiO2 nanofluids for turbulent flow is lower than that for laminar flow. Therefore, if the extra energy consumption by the increased viscosity of nanofluids exceeds the benefit from the heat or mass transfer enhancement, there will be no application prospect. The most extreme case is when a large amount of agglomerations emerge, the pumping power and pressure drop of nanofluids will be greatly increased, which might lead to serious impact on system performance. Moreover, based on the similarity principle in heat transfer study, for instance in forced convection process, Nusselt number is determined by Reynolds number and Prandtl number, different thermal conductivity and viscosity will induce different Nu even though for the same experimental heat transfer coefficient. Therefore, the properties of nanofluids are essential for quantitative study in those application fields.
As a widely used material in considerable fields, TiO2 has been explored several hundred years, and its nanofluidic form is also firmly worth studying and expected to make greater contributions owing to the outstanding physical and chemical properties. This paper provides a summary of the research outcomes of TiO2 nanofluids up to now, including the preparation and stability of TiO2 as well as three vital properties of TiO2 nanofluids. It can be concluded that TiO2 nanofluids show very comprehensive applications in heat transfer or other energy fields due to their good dispersion stability in both hydrophilic and lipophilic liquids, nontoxic and non-corrosive natures, chemical stability, lower price, and good appearance. Therefore, TiO2 nanofluid is thought as one of the closest kinds to practical industrial application environment because of their better dispersion and chemical stability, security, and economy.
However, although TiO2 nanofluids have shown enormously exciting potential applications, before commercialization of nanofluids, some urgent problems are summarized as follows:
Firstly, acquiring high-quantity nanofluid with outstanding long-term and high-temperature stability is the fundamental of the entire research since in any practical application, it is essential to have a stable suspension.
Secondly, the way to enhance and keep the stability of nanofluids in real time is a key issue in the actual use since the sedimentations of nanoparticles seem inevitable after a long-term running. The method to re-disperse the aggregation of nanoparticles in real time by adding some dispersion device in the system with functions of ultrasound or agitation might be a useful option [123].
Thirdly, although the surfactants were used to improve the dispersion and adhesion performance of nanoparticles in liquid, the effect of surfactants on the physical properties and system performance needs to be investigated. The amount of surfactants should be investigated experimentally owing to the positive and negative effects of surfactants.
Fourth, the pumping power or pressure drop of nanofluids is another challenge for the engineering application. Using nanofluids with higher viscosity than base fluids will induce a higher pressure drop and hence needs more pumping power [125]. The method to achieve higher heat transfer coefficient and lower pressure drop needs to be further studied.
Fifth, the waste management of the invalid nanofluids should also be considered when applying them to industrial systems. The impact on the environment by the nanofluids restricts many kinds of nanofluids containing heavy metal, toxic substance, or other hazardous substances. The super whiteness dyeing behavior of TiO2 nanofluids should also be noticed to prevent the environment getting contaminated.
Sixth, although some studies have analyzed the entropy generation in tubes [126], microchannels [127], sheet, and other types of flow [128, 129], the entropy generation characteristic of nanofluid in the full system is actually the most important parameter for the full-system application or designing.
Last but not least, there is lack of evaluation index on the performance of nanofluids, especially on the stability, adhesion, and property sustainability of nanofluids. There is no unified indicator to evaluate the stability and adhesion of nanofluids. The uniform evaluation indexes on the different properties of nanofluids are needed [130].
The above problems are urgently needed to solve for the further application of TiO2 nanofluids, which point out the directions of the future works in this field. It is believed that these problems and challenges will be solved or reduced with the development of nanofluid technology in the future.
This second part of the review summarizes recent research on application of TiO2 nanofluids and identifies the challenges and opportunities for the further exploration of TiO2 nanofluids. It can be concluded that although particle loading has exhibited a positive correlation with thermal conductivity of nanofluids, the effects of other factors including particle shape, size, base fluid type, temperature, surfactant, and sonication are unified. Even for particle loading effect, the intensities of growth in thermal conductivity differ widely for different samples. TiO2 nanofluids have shown good applications in many energy-related filed. However, the indeterminacy of long-term performances for both nanofluid and system and the increment in pressure drop are needed to investigate for further application. The forecast research hotspots are regarded as the long-term and high-temperature stability and re-disperse the aggregation of nanoparticles in real-time system, the required amount of surfactants, the heat transfer and pumping power characteristics, and the evaluation index on the stability, adhesion, and property sustainability of nanofluids.
bahan nano
Artikel sebelumnya menjelaskan cara kerja blockchain, mengapa itu aman, dan memperkenalkan penggunaan blockchain untuk logistik, seperti rantai pasokan dan pelacakan aset. Dalam artikel ini, kami akan terus memberikan contoh dan aplikasi potensial untuk blockchain dalam otomasi industri. Blockchai
Pembelajaran mesin dan kecerdasan buatan mendekati tahap ekspektasi yang meningkat dalam siklus hype. Dalam webinar, analis direktur Gartner, Peter Krensky, menguraikan keadaan pembelajaran mesin dan kecerdasan buatan saat ini, lima tahun ke depan, dan beberapa tantangan yang mungkin berdampak pad
Siklus hidup produk dari bahan yang paling banyak digunakan di dunia Beton adalah perlengkapan dalam infrastruktur perkotaan, dari jalan raya antar negara bagian hingga gedung pencakar langit kota yang menjulang tinggi. Beton dapat ditemukan di mana saja dan tidak mengherankan karena merupakan baha
Apa itu kecerdasan? Sebelumnya, mari kita pahami arti kecerdasan. Kecerdasan memiliki banyak arti, tetapi kita dapat menganggap bahwa dengan mengatakan adalah serangkaian proses yang ditemukan dalam sistem, untuk memahami, belajar, dan beradaptasi dengan situasi baru dalam kehidupan. Apa itu Kecerd
