Effective Thermal Conductivity of Dispersions with a Continuous Liquid Phase Relevant for Energy and Process Technology
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Beschreibung
Bei der Optimierung von industriellen Wärmeübertragungsprozessen ist die Wärmeleitfähigkeit (Lambda) von grundlegender Bedeutung. Flüssige Dispersionen wie Nanofluide und Mikroemulsionen haben aufgrund ihrer verbesserten thermischen Eigenschaften große Aufmerksamkeit erlangt, da sie das Potential für erhöhte Effizienz, verringerte Betriebskosten und eine geringere Belastung des Klimas bieten. Im Rahmen dieser Dissertation wird eine systematische experimentelle Untersuchung der Mechanismen, welche die effektive Wärmeleitfähigkeit (Lambda eff) solcher mehrphasiger Systeme beeinflussen, durchgeführt. In den vorliegenden Untersuchungen wird neben partikelspezifischen Effekten, einschließlich der Brown’schen Bewegung, der Morphologie und des thermischen Widerstands an der fest-flüssig Grenzfläche (Kapitza-Widerstand), auch der Einfluss des Volumenanteils der Partikel, der Temperatur sowie der Eigenschaften der flüssigen kontinuierlichen Phase betrachtet. Zu den untersuchten Systemen gehören verschiedene Nanofluide (PMMA, PS, SiO2, TiO2, CuO) und nichtionische Mikroemulsionen. Entsprechende Experimente wurden bei Umgebungsdruck (0.1 MPa) über einen Temperaturbereich von (283,15 bis 358,15) K durchgeführt. Ein wesentlicher Beitrag dieser Arbeit besteht in der Entwicklung einer stationären Plattenapparatur (Guarded Parallel Plate Instrument, GPPI) zur absoluten Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit. Diese Apparatur hat sich für die genaue Untersuchung von Flüssigkeiten, Feststoffen und Gasen als vielseitig anwendbar erwiesen, wobei experimentelle Unsicherheiten zwischen (2 und 3)% erreicht werden können. Zudem wird in dieser Arbeit ein neues Modell für die Vorhersage von Lambda eff auf Basis des geometrischen Mittelwerts vorgestellt. Durch Berücksichtigung des Partikeldurchmessers und des Kapitza-Widerstandes wird mit dem vorgeschlagenen Modell eine überlegene Vorhersagekraft für unterschiedliche Nanofluide erreicht. Diese Dissertation stellt eine der bis heute umfassendsten experimentellen Arbeiten dar, welche eine zuverlässige Datenbasis für ein vertieftes und grundlegendes Verständnis der dem Wärmeübergang in komplexen Dispersionen zugrunde liegenden Mechanismen liefert.
Autor*in
Francisco Bioucas
Themen in »Effective Thermal Conductivity of Dispersions with a Continuous Liquid Phase Relevant for Energy and Process Technology«
Effective Thermal Conductivity Nanofluids Steady-State Method Guarded Parallel Plate Instrument (GPPI) Microemulsions Heat Transfer Hamilton-Crosser Model Kapitza Resistance Geometric Mean Model Particle Morphology