eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy
TRANSCRIPT
![Page 1: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/1.jpg)
Eksperymentalne badania fizycznych właściwościnanocieczy
Gaweł Żyła
Katedra Fizyki i Inżynierii MedycznejWydział Matematyki i Fizyki Stosowanej
Politechnika Rzeszowska
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 1 / 47
![Page 2: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/2.jpg)
Wprowadzenie
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 2 / 47
![Page 3: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/3.jpg)
Definicja nanocieczy
Nanocieczami nazywamy zawiesiny nanocząstek (obiektów o przynajmniejjednym wymiarze nanometrycznym) w cieczy bazowej.
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 3 / 47
![Page 4: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/4.jpg)
Definicja nanocieczy
Nanocieczami nazywamy zawiesiny nanocząstek (obiektów o przynajmniejjednym wymiarze nanometrycznym) w cieczy bazowej.
Przykładowe zdjęcie TEMnanocząstki wykorzystanejw badaniach.
[G. Żyła, J. P.Vallejo, J. Fal, L. Lugo, International
Journal of Heat and Mass Transfer, 121,
1201–1213 (2018)]
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 4 / 47
![Page 5: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/5.jpg)
Fotografie przykładowych nanocieczy
w zależności od koncentracji nanocząstek
[E. Sani, N. Papi, L. Mercatelli, G. Żyła, Renewable Energy, 126, 692–698 (2018)]
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 5 / 47
![Page 6: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/6.jpg)
Pierwsza publikacja
[H. Masuda, A. Ebata, K. Teramae, Netsu Bussei, 7, 227–233 (1993)]
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 6 / 47
![Page 7: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/7.jpg)
Pierwsza anglojęzyczna publikacja
[S. U. S. Choi, J. A.Eastman, ASME-Publications-Fed, 231, 99–106 (1995)]
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 7 / 47
![Page 8: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/8.jpg)
Przewodnictwo cieplne typowych materiałów
[O. Mahian i in., Physics Reports, w druku, DOI: 10.1016/j.physrep.2018.11.004 (2019)]
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 8 / 47
![Page 9: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/9.jpg)
Potencjalne zastosowania
[O. Mahian i in., Physics Reports, w druku, DOI: 10.1016/j.physrep.2018.11.004 (2019)]
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 9 / 47
![Page 10: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/10.jpg)
Wzrost liczby publikacji z zakresu badań nanocieczy
0
500
1,000
1,500
2,000
2,500
3,000
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
2013
2014
2015
2016
2017
2018
A)
Num
ber
of papers
Year
0
20
40
60
80
100
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
[J. Fal, O. Mahian, G. Żyła, Energies, 11, 2942 (2018)]
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 10 / 47
![Page 11: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/11.jpg)
Ewolucja „chmury słów kluczowych”
w literaturze dotyczącej zjawisk transportowych
[Ming-yueh Tsay, Chien-hui Lai, International Communications in Heat and Mass Transfer, 98 (2018)]
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 11 / 47
![Page 12: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/12.jpg)
Trendy w badaniach nanocieczy
przewodnictwo cieplnewłaściwości reologicznewłaściwości elektryczneinne
[na podstawie wyszukań słów kluczowych w bazie Web of Science, Clarivate Analytics, grudzień 2018]
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 12 / 47
![Page 13: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/13.jpg)
Potencjalne zastosowania a stan wiedzy o nanocieczach
„(...) No comprehensive theory explains the energytransfer processes in nanofluids. To accelerateengineering applications of nanofluids, work that isurgently needed to be carried out has beensuggested. A reliable nanofluid database ofthermo-physical properties is especially needed,including details of nanoparticle composition, size,concentration, preparation method and additives (ifused), beginning in particular with promisingnanofluids. A thorough understanding of theinteraction of nanoparticles and flow boundarylayers also needs to be achieved by performingcareful experimental observations and numericalsimulations, to uncover mechanisms underlyingconvective heat transfer enhancement. (...)”
[J.M. Wu, J. Zhaoa, Progress in Nuclear Energy, 66, 13–24 (2013)]
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 13 / 47
![Page 14: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/14.jpg)
Badania własne
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 14 / 47
![Page 15: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/15.jpg)
Laboratorium Fizyki Miękkiej Fazy Skondensowanej
Laboratorium Fizyki Miękkiej Fazy Skondensowanej (początkowo Laboratorium Biofizyczne) powstało w 2005 roku w ramachprojektu nr Z/2.18/I/1.3.1/6/04 „Unowocześnienie kształcenia kadr technicznych dla Doliny Lotniczej” współfinansowanegow 75% ze środków Unii Europejskiej z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego – Zintegrowany Program Operacyjny
Rozwoju Regionalnego. W kolejnych latach Laboratorium było doposażane w ramach projektu „Regionalny Program OperacyjnyWojewództwa Podkarpackiego na lata 2007–2013” z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego oraz ze środków
inwestycyjnych Politechniki Rzeszowskiej. Urządzenia pomiarowe laboratorium pozwalają na badanie struktury miękkiej fazyskondensowanej oraz jej właściwości reologicznych, termicznych i optycznych.
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 15 / 47
![Page 16: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/16.jpg)
Badanie gęstości masy
zależność gęstości masy od koncentracji objętościowej nanocząstek
ρnf = (1 − ϕp) ρbf + ϕpρp
[B. Pak, Y. I. Cho, Experimental Heat Transfer an International Journal, 11, 151–170 (1998)]
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 16 / 47
![Page 17: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/17.jpg)
Badanie gęstości masy – wyniki eksperymentalne
Porównanie wynikóweksperymentalnych z modelem.
[R. S. Vajjha, D. K. Das, B. M. Mahagaonkar, Petroleum
Science and Technology, 27, 612–624 (2009)]
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 17 / 47
![Page 18: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/18.jpg)
Zależność gęstości masy od frakcji nanocząstek
1100
1110
1120
1130
1140
1150
1160
0 0.005 0.01 0.015 0.02
ρ nf [k
g m
-3]
ϕv [-]
AlN20-EGAlN50-EG
Pak-Cho
1100
1110
1120
1130
1140
1150
1160
0 0.005 0.01 0.015 0.02
ρ nf [k
g m
-3]
ϕv [-]
Si3N420-EGSi3N480-EG
Pak-Cho
1100
1110
1120
1130
1140
1150
1160
0 0.005 0.01 0.015 0.02ρ n
f [k
g m
-3]
ϕv [-]
TiN20-EGTiN50-EGPak-Cho
[G. Żyła, J. P.Vallejo, L. Lugo, Journal of Molecular Liquids, 261, 530–539 (2018)]
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 18 / 47
![Page 19: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/19.jpg)
Model gęstości masy zaproponowanych przez Sharifpur i in.
Wychodząc od modelu:
ρnf old = ϕρp + (1 − ϕ)ρf ,
przedstawili oni nową zależność opisującą gęstość masy nanozawiesinw formie:
ρnf new = mp+mf
Vp+Vf +Vv,
gdzie Vv jest objętością „nanowarstwy” (ang. nanolayer). Wg autorów:„nanolayer is an approved interfacial layer between particles and base fluidinvolved in some of modeling for effective thermal conductivity andeffective viscosity of nanofluids”.
Po przekształceniach przedstawili oni zależność opisującą gęstość masynanocieczy uwzględniającą obecność „nanowarstwy” w postaci:
ρnf new = ρnf
(1−ϕ)+ϕ(rp+tv )3/r3p.
[M. Sharifpur, S. Yousefi, J. P. Meyer, International Communications in Heat and Mass Transfer, 78, 168–174 (2016)]
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 19 / 47
![Page 20: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/20.jpg)
Model gęstości masy zaproponowanych przez Sharifpur i in.
Wychodząc od modelu:
ρnf old = ϕρp + (1 − ϕ)ρf ,
przedstawili oni nową zależność opisującą gęstość masy nanozawiesinw formie:
ρnf new = mp+mf
Vp+Vf +Vv,
gdzie Vv jest objętością „nanowarstwy” (ang. nanolayer). Wg autorów:„nanolayer is an approved interfacial layer between particles and base fluidinvolved in some of modeling for effective thermal conductivity andeffective viscosity of nanofluids”.
Po przekształceniach przedstawili oni zależność opisującą gęstość masynanocieczy uwzględniającą obecność „nanowarstwy” w postaci:
ρnf new = ρnf
(1−ϕ)+ϕ(rp+tv )3/r3p.
[M. Sharifpur, S. Yousefi, J. P. Meyer, International Communications in Heat and Mass Transfer, 78, 168–174 (2016)]
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 19 / 47
![Page 21: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/21.jpg)
Model gęstości masy zaproponowanych przez Sharifpur i in.
[M. Sharifpur, S. Yousefi, J. P. Meyer, International Communications in Heat and Mass Transfer, 78, 168–174 (2016)]
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 20 / 47
![Page 22: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/22.jpg)
Zależność gęstości masy od frakcji nanocząstek
ρnf = (1 − ϕp) ρbf + ϕpρp,
Va = Vp + Vg ,
ϕ = VaVnf
= Vp+Vg
Vnf= Vp
Vnf+ Vg
Vnf= ϕp + ϕg .
ρnf = (1 − ϕp − ϕg ) ρbf + ϕpρnp + ϕgρg .
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 21 / 47
![Page 23: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/23.jpg)
Zależność gęstości masy od frakcji nanocząstek
ρnf = (1 − ϕp) ρbf + ϕpρp,
A) B) C)
+
D)
Va = Vp + Vg ,
ϕ = VaVnf
= Vp+Vg
Vnf= Vp
Vnf+ Vg
Vnf= ϕp + ϕg .
ρnf = (1 − ϕp − ϕg ) ρbf + ϕpρnp + ϕgρg .
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 21 / 47
![Page 24: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/24.jpg)
Zależność gęstości masy od frakcji nanocząstek
ρnf = (1 − ϕp) ρbf + ϕpρp,
A) B) C)
+
D)
Va = Vp + Vg ,
ϕ = VaVnf
= Vp+Vg
Vnf= Vp
Vnf+ Vg
Vnf= ϕp + ϕg .
ρnf = (1 − ϕp − ϕg ) ρbf + ϕpρnp + ϕgρg .
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 21 / 47
![Page 25: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/25.jpg)
Zależność gęstości masy od frakcji nanocząstek
ρnf = (1 − ϕp) ρbf + ϕpρp,
A) B) C)
+
D)
Va = Vp + Vg ,
ϕ = VaVnf
= Vp+Vg
Vnf= Vp
Vnf+ Vg
Vnf= ϕp + ϕg .
ρnf = (1 − ϕp − ϕg ) ρbf + ϕpρnp + ϕgρg .
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 21 / 47
![Page 26: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/26.jpg)
Eksperyment weryfikujący hipotezę
kolejne kroki przygotowania dwóch serii próbek do badań
Przygotowanie próbekw atmosferze normalnej,
stabilizacja metodamifizycznymi.
Odpompowanie gazu z glikolu,
obróbka termiczna nanocząstek,
przygotowanie nanocieczy w średniejpróżni,
stabilizacja metodami fizycznymi.
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 22 / 47
![Page 27: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/27.jpg)
Eksperyment weryfikujący hipotezę
kolejne kroki przygotowania dwóch serii próbek do badań
Przygotowanie próbekw atmosferze normalnej,
stabilizacja metodamifizycznymi.
Odpompowanie gazu z glikolu,
obróbka termiczna nanocząstek,
przygotowanie nanocieczy w średniejpróżni,
stabilizacja metodami fizycznymi.
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 22 / 47
![Page 28: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/28.jpg)
Eksperyment weryfikujący hipotezę
kolejne kroki przygotowania dwóch serii próbek do badań
Przygotowanie próbekw atmosferze normalnej,
stabilizacja metodamifizycznymi.
Odpompowanie gazu z glikolu,
obróbka termiczna nanocząstek,
przygotowanie nanocieczy w średniejpróżni,
stabilizacja metodami fizycznymi.
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 22 / 47
![Page 29: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/29.jpg)
Badanie gęstości masy – pierwsze rezultaty weryfikacji
1100
1110
1120
1130
1140
1150
1160
0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01
ρ nf [k
g m
-3]
ϕv [-]
ZrO2-EGmodel Pak-Cho
1100
1110
1120
1130
1140
1150
1160
0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01
ρ nf [k
g m
-3]
ϕv [-]
ZrO2-EGmodel Pak-Cho
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 23 / 47
![Page 30: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/30.jpg)
Badanie ciepła właściwego
modele zależności ciepła właściwego nanocieczy od frakcji nanocząstek
Pak i Cho przedstawili model opisujący wartość ciepła właściwegonanocieczy od frakcji objętościowej nanocząstek:
cp,nf = (1 − ϕv ) cp,bf + ϕv cp,p .
Xuan i Roetzel zaproponowali inną zależność:
cp,nf =(1−ϕv )cp,bf ρbf +ϕv cp,pρp
ρnf,
która po uwzględnieniu zależności opisującej gęstość masy przyjmujepostać:
cp,nf = (1 − ϕm) cp,bf + ϕmcp,p.
(15) [B. Pak, Y. I. Cho, Experimental Heat Transfer an International Journal, 11, 151–170 (1998)]
(16) [Y. Xuan, W. Roetzel, International Journal of Heat and Mass Transfer, 43, 3701–3707 (2000)]
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 24 / 47
![Page 31: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/31.jpg)
Badanie ciepła właściwego
modele zależności ciepła właściwego nanocieczy od frakcji nanocząstek
Pak i Cho przedstawili model opisujący wartość ciepła właściwegonanocieczy od frakcji objętościowej nanocząstek:
cp,nf = (1 − ϕv ) cp,bf + ϕv cp,p .
Xuan i Roetzel zaproponowali inną zależność:
cp,nf =(1−ϕv )cp,bf ρbf +ϕv cp,pρp
ρnf,
która po uwzględnieniu zależności opisującej gęstość masy przyjmujepostać:
cp,nf = (1 − ϕm) cp,bf + ϕmcp,p.
(15) [B. Pak, Y. I. Cho, Experimental Heat Transfer an International Journal, 11, 151–170 (1998)]
(16) [Y. Xuan, W. Roetzel, International Journal of Heat and Mass Transfer, 43, 3701–3707 (2000)]
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 24 / 47
![Page 32: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/32.jpg)
Badanie ciepła właściwego
modele zależności ciepła właściwego nanocieczy od frakcji nanocząstek
Pak i Cho przedstawili model opisujący wartość ciepła właściwegonanocieczy od frakcji objętościowej nanocząstek:
cp,nf = (1 − ϕv ) cp,bf + ϕv cp,p .
Xuan i Roetzel zaproponowali inną zależność:
cp,nf =(1−ϕv )cp,bf ρbf +ϕv cp,pρp
ρnf,
która po uwzględnieniu zależności opisującej gęstość masy przyjmujepostać:
cp,nf = (1 − ϕm) cp,bf + ϕmcp,p.
(15) [B. Pak, Y. I. Cho, Experimental Heat Transfer an International Journal, 11, 151–170 (1998)]
(16) [Y. Xuan, W. Roetzel, International Journal of Heat and Mass Transfer, 43, 3701–3707 (2000)]
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 24 / 47
![Page 33: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/33.jpg)
Badanie ciepła właściwego
charakterystyka nanocząstek wykorzystanych do badań
[G. Żyła, J. P.Vallejo, L. Lugo, Journal of Molecular Liquids, 261, 530–539 (2018)]
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 25 / 47
![Page 34: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/34.jpg)
Badanie ciepła właściwego
charakterystyka nanocząstek wykorzystanych do badań
[G. Żyła, J. P.Vallejo, L. Lugo, Journal of Molecular Liquids, 261, 530–539 (2018)]
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 25 / 47
![Page 35: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/35.jpg)
Zależność cp od frakcji masowej sześciu typów nanocieczy
2.15
2.20
2.25
2.30
2.35
2.40
2.45
2.50
2.55
0.000.020.040.060.080.10
cp,n
f [J
g-1
K-1
]
ϕm [-]
AlN20-EGAlN50-EGmodel (6)
2.15
2.20
2.25
2.30
2.35
2.40
2.45
2.50
2.55
0.000.020.040.060.080.10
cp,n
f [J
g-1
K-1
]
ϕm [-]
Si3N420-EGSi3N480-EG
model (6)2.15
2.20
2.25
2.30
2.35
2.40
2.45
2.50
2.55
0.000.020.040.060.080.10c
p,n
f [J
g-1
K-1
]
ϕm [-]
TiN20-EGTiN50-EGmodel (6)
[G. Żyła, J. P.Vallejo, L. Lugo, Journal of Molecular Liquids, 261, 530–539 (2018)]
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 26 / 47
![Page 36: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/36.jpg)
Badanie napięcia powierzchniowego
charakterystyka materiałów wykorzystanych w badaniach
[G. Żyła, J. Fal, P. Estelle, International Journal of Heat and Mass Transfer, 113, 1189–1199 (2017)]
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 27 / 47
![Page 37: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/37.jpg)
Badanie napięcia powierzchniowego – wyniki
47.0
47.5
48.0
48.5
49.0
49.5
0.000 0.003 0.006 0.009 0.012
γ nf [m
N m
-1]
ϕp [-]
TiN20-EG47.0
47.5
48.0
48.5
49.0
49.5
0.000 0.003 0.006 0.009 0.012
γ nf [m
N m
-1]
ϕp [-]
TiN50-EG
[G. Żyła, J. Fal, P. Estelle, International Journal of Heat and Mass Transfer, 113, 1189–1199 (2017)]
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 28 / 47
![Page 38: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/38.jpg)
Badanie napięcia powierzchniowego
zestawienie wyników z literatury
[P. Estelle, D. Cabaleiro, G. Żyła, L. Lugo, S.M.S. Murshed, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 94, 931–944 (2018)]
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 29 / 47
![Page 39: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/39.jpg)
Badanie napięcia powierzchniowego – metody pomiarowe
[J. Drelich, C. Fang, C.L. White, Measurement of interfacial tension in fluid-fluid systems, Enc Surf Coll Sci, CRC Press (2006)]
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 30 / 47
![Page 40: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/40.jpg)
Badanie napięcia powierzchniowego – projekt Nanotension
The goal of NANOTENSION is
to measure surface tension (ST) and contact angle (CA) ofwell-defined nanofluids (NF) employing different measurementtechniques,to analyze/compare the results with respect to plausibility, reliability,experimental error etc. of the measurement techniques employed,to compile the results to draw conclusions with respect to theinfluence of stabilizers (surfactants, dispersing agent etc.) and mostimportant the influence of nanoparticles (NP) on ST and CA.
The general idea is to have one producer of a certain NF. The NF shouldbe manufactured in one batch, split into the samples each team needs andsend to them by mail. The teams measure the samples within a certaintime slot and send the data to ILK. We would compile the data in jointlists and figures and provide the group with these information.
Koordyntor projektu:
Matthias H. Buschmann, Institut fur Luft- und Kaltetechnik Dresden, Niemcy.
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 31 / 47
![Page 41: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/41.jpg)
Nanotension – pierwsze wyniki
[M. H. Buschmann ILK Dresden (Germany), 22.12.2018]
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 32 / 47
![Page 42: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/42.jpg)
Nanotension – wykorzystane metody pomiarowe
Aparatura w Rennes (Francja)
Aparatura w Rzeszowie
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 33 / 47
![Page 43: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/43.jpg)
Nanotension – wykorzystane metody pomiarowe
Aparatura w Rennes (Francja)
Aparatura w Rzeszowie
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 33 / 47
![Page 44: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/44.jpg)
Nanotension – wykorzystane metody pomiarowe
Aparatura w Rennes (Francja)
Aparatura w Rzeszowie
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 33 / 47
![Page 45: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/45.jpg)
Badanie napięcia powierzchniowego – budowa stanowiska
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 34 / 47
![Page 46: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/46.jpg)
Badanie napięcia powierzchniowego – budowa stanowiska
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 34 / 47
![Page 47: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/47.jpg)
Badanie napięcia powierzchniowego – budowa stanowiska
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 34 / 47
![Page 48: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/48.jpg)
Problem stabilności
Próbki zawierające mieszaninę diamentów i grafitu o różnej zawartościpopiołu, bezpośrednio po przygotowaniu:
[G. Żyła, J. Fal, P. Estelle, Diamond and Related Materials, 74, 81–89 (2017)]
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 35 / 47
![Page 49: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/49.jpg)
Problem stabilności
Próbki zawierające mieszaninę diamentów i grafitu o różnej zawartościpopiołu, 7 dni po przygotowaniu:
[G. Żyła, J. Fal, P. Estelle, Diamond and Related Materials, 74, 81–89 (2017)]
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 36 / 47
![Page 50: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/50.jpg)
Urządzenie do pomiaru szybkości sedymentacji
uzyskany patent
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 37 / 47
![Page 51: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/51.jpg)
Urządzenie do pomiaru szybkości sedymentacji
budowa stanowiska na bazie uzyskanego patentu
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 38 / 47
![Page 52: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/52.jpg)
Urządzenie do pomiaru szybkości sedymentacji
budowa stanowiska na bazie uzyskanego patentu
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 38 / 47
![Page 53: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/53.jpg)
Podsumowanie
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 39 / 47
![Page 54: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/54.jpg)
Podsumowanie
Gęstość masy z pewnym przybliżeniem może być opisana modelemPak i Cho,
na rzeczywistą gęstość masy wpływ ma sposób przygotowania próbkii procesy adsorpcji gazu na powierzchni nanocząstek,
rozmiar nanocząstek w zawiesinie ma marginalny wpływ na gęstośćmasy nanocieczy.
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 40 / 47
![Page 55: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/55.jpg)
Podsumowanie
Gęstość masy z pewnym przybliżeniem może być opisana modelemPak i Cho,
na rzeczywistą gęstość masy wpływ ma sposób przygotowania próbkii procesy adsorpcji gazu na powierzchni nanocząstek,
rozmiar nanocząstek w zawiesinie ma marginalny wpływ na gęstośćmasy nanocieczy.
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 40 / 47
![Page 56: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/56.jpg)
Podsumowanie
Gęstość masy z pewnym przybliżeniem może być opisana modelemPak i Cho,
na rzeczywistą gęstość masy wpływ ma sposób przygotowania próbkii procesy adsorpcji gazu na powierzchni nanocząstek,
rozmiar nanocząstek w zawiesinie ma marginalny wpływ na gęstośćmasy nanocieczy.
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 40 / 47
![Page 57: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/57.jpg)
Podsumowanie
Ciepło właściwe zależy od frakcji masowej nanocząstek w nanocieczy(zmodyfikowany model Xuan-Roetzel poprawnie opisuje daneeksperymentalne),
rozmiar nanocząstek w zawiesinie ma niewielki wpływ na ciepłowłaściwe nanocieczy i obserwuje się niższe wartości dla nanocieczyzawierających mniejsze nanocząstki.
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 41 / 47
![Page 58: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/58.jpg)
Podsumowanie
Ciepło właściwe zależy od frakcji masowej nanocząstek w nanocieczy(zmodyfikowany model Xuan-Roetzel poprawnie opisuje daneeksperymentalne),
rozmiar nanocząstek w zawiesinie ma niewielki wpływ na ciepłowłaściwe nanocieczy i obserwuje się niższe wartości dla nanocieczyzawierających mniejsze nanocząstki.
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 41 / 47
![Page 59: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/59.jpg)
Podsumowanie
Napięcie powierzchniowe na granicy nanociecz-powietrze rośnie wrazz frakcją objętościową nanocząstek w zawiesinie,
rozmiar nanocząstek ma wpływ na wartość napięciapowierzchniowego (obserwowane są wyższe wartości dla nanocząsteko mniejszym rozmiarze),
przyjęta metoda pomiarowa nie ma wpływu na otrzymane rezultaty.
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 42 / 47
![Page 60: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/60.jpg)
Podsumowanie
Napięcie powierzchniowe na granicy nanociecz-powietrze rośnie wrazz frakcją objętościową nanocząstek w zawiesinie,
rozmiar nanocząstek ma wpływ na wartość napięciapowierzchniowego (obserwowane są wyższe wartości dla nanocząsteko mniejszym rozmiarze),
przyjęta metoda pomiarowa nie ma wpływu na otrzymane rezultaty.
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 42 / 47
![Page 61: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/61.jpg)
Podsumowanie
Napięcie powierzchniowe na granicy nanociecz-powietrze rośnie wrazz frakcją objętościową nanocząstek w zawiesinie,
rozmiar nanocząstek ma wpływ na wartość napięciapowierzchniowego (obserwowane są wyższe wartości dla nanocząsteko mniejszym rozmiarze),
przyjęta metoda pomiarowa nie ma wpływu na otrzymane rezultaty.
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 42 / 47
![Page 62: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/62.jpg)
Wybrane publikacje z omawianego zakresu
G. Żyła, J. Fal, S. Bikić, M. Wanic, Ethylene glycol based silicon nitride nanofluids: An experimental study on theirthermophysical, electrical and optical properties, Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, 104, 82–90(2018)
G. Żyła, J.P. Vallejo, L. Lugo, Isobaric heat capacity and density of ethylene glycol based nanofluids containing variousnitride nanoparticle types: an experimental study, Journal of Molecular Liquids, 261, 530–539 (2018)
G. Żyła, J.P. Vallejo, J. Fal, L. Lugo, Nanodiamonds – Ethylene Glycol nanofluids: Experimental investigation offundamental physical properties, International Journal of Heat and Mass Transfer, 121, 1201–1213 (2018)
G. Żyła, J. Fal, P. Estelle, Thermophysical and dielectric profiles of ethylene glycol based titanium nitride (TiN-EG)nanofluids with various size of particles, International Journal of Heat and Mass Transfer, 113, 1189-1199 (2017)
G. Żyła, J. Fal, P. Estelle, The influence of ash content on thermophysical properties of ethylene glycol basedgraphite/diamonds mixture nanofluids, Diamond & Related Materials, 74, 81-89 (2017)
G. Żyła, Viscosity and thermal conductivity of MgO-EG nanofluids: experimental results and theoretical modelspredictions, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 129, 171-180 (2017)
G. Żyła, J. Fal, Viscosity, thermal and electrical conductivity of silicon dioxide – ethylene glycol transparent nanofluids:an experimental studies, Thermochimica Acta, 650, 106–113 (2017)
G. Żyła, J. Fal, J. Traciak, M. Gizowska, K. Perkowski, Huge thermal conductivity enhancement in boron nitride -ethylene glycol nanofluids, Materials Chemistry and Physics, 180, 250–255 (2016)
G. Żyła, J. Fal, Experimental studies on viscosity, thermal and electrical conductivity of aluminum nitride – ethyleneglycol (AlN–EG) nanofluids, Thermochimica Acta, 637, 11–16 (2016)
G. Żyła, Thermophysical properties of ethylene glycol based yttrium aluminum garnet (Y3Al5O12–EG) nanofluids,International Journal of Heat and Mass Transfer, 92, 751–756 (2016)
G. Żyła, A. Witek, M. Gizowska, Rheological profile of boron nitride - ethylene glycol nanofluids, Journal of Applied
Physics, 117, 014302 (2015)
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 43 / 47
![Page 63: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/63.jpg)
Podziękowania
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 44 / 47
![Page 64: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/64.jpg)
Podziękowania
prof. Patrice Estelle (Francja), prof. Luis Lugo (Hiszpania), prof. Omid Mahian(Tajlandia/Chiny), dr hab. Marian Cholewa (Polska), dr hab. Adam Witek(Polska), prof. Sohel Murshed (Portugalia), prof. Suresh Mathew (Indie),prof. Matthias Bushmann (Niemcy), prof. Elisa Sani (Włochy), prof. BengtSunden (Szwecja), prof. Alina Minea (Rumunia), dr David Cabaleiro (Hiszpania),dr Krzysztof Perkowski (Polska), dr Magdalena Gizowska (Polska), dr Sinisa Bikić(Republika Serbii), dr Zan Wu (Szwecja),
Jacek Fal, Michał Wanic, Julian Traciak (PRz, Polska), Agnieszka Kujawska
(PWr, Polska), Aswathy Joseph (Indie), Javier Vallejo (Hiszpania), Nicolo Papi
(Włochy), Marcus Hortat (Szwecja), Samah Hamze (Francja).
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 45 / 47
![Page 65: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/65.jpg)
Numer specjalny Journal of Molecular Liquids [zaproszenie]
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 46 / 47
![Page 66: Eksperymentalne badania fizycznych właściwości nanocieczy](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042702/6265dd83941bef6ccc01abd7/html5/thumbnails/66.jpg)
Dziękuję za uwagę.
Gaweł Żyła (KFiIM, PRz) Seminarium IFJ PAN Kraków, 24.01.2019 47 / 47