najoNanosystems: Physics, Chemistry, MathematicsНаносистемы: физика, химия, математика2220-80542305-7971Университет ИТМОnajo-1192Research ArticlePHYSICSФИЗИКАInvestigations of heat conductivity of nanofluids based on aluminum oxide nanoparticlesИсследование теплопроводности наножидкостей на основе наночастиц оксида алюмиияБардахановС. П.BardakhanovS. P.НовопашинС. А.NovopashinS. A.СеребряковаМ. А.SerebrjakovaM. A.sanov@itp.nsc.ruИнститут теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАНKhristianovich Institute of Theoretical and Applied Mechanics Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesИнститут теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАНKutateladze Institute of Thermophysics, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences201220082025312733Copyright © Bardakhanov S.P., Novopashin S.A., Serebrjakova M.A., 20252025Бардаханов С.П., Новопашин С.А., Серебрякова М.А.Bardakhanov S.P., Novopashin S.A., Serebrjakova M.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://nanojournal.ifmo.ru/jour/article/view/1192

The heat conductivity of nanofluids based on aluminum oxide nanoparticles (mean diameter of 13 nm) have been measured experimentally. Glycol and isopropyl alcohol as the based fluids were used. The non stationary “hot wire” method has been used. It was shown the heat conductivity at low volume concentration of nanoparticles (<0,5 %) corresponds to classical Maxwell theory. For higher volume concentration of nanoparticles in glycol the heat conductivity deviated to low side due to aggregate instability of the nanofluid. The anomalous growth of heat conductivity in isopropyl alcohol have been observed. The possible nature of the observed phenomenon is discussed in conclusion.

В работе экспериментально исследована теплопроводность наножидкостей на основе наночастиц оксида алюминия (средний диаметр частиц 13 нм). В качестве базовых жидкостей использованы этиленгликоль и изопропанол. Для измерений использован нестационарный метод нагретой проволочки. Показано, что теплопроводность наножидкостей при малых объёмных концентрациях наночастиц 𝐴𝑙2𝑂3 (<0,5 %) соответствует классической теории Максквелла. С дальнейшим ростом концентрации наночастиц в этиленгликоле теплопроводность отклоняется от теории в меньшую сторону, так как становится агрегативно неустойчивой, а в изопропаноле наблюдается аномальное отклонение от теории в большую сторону. В заключение обсуждаются возможные причины наблюдаемого явления.

наножидкостьтеплопроводностьnanofluidheat conductivityРабота была выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 09-08-00282), гранта Президента РФ по поддержке ведущих научных школ НШ-3563.2010.1.ReferencesChoi S.U.S. Enhancing thermal conductivity of fluids with nanoparticles, in: D.A. Siginer, H.P. Wang (Eds.). Developments and Applications of Non-Newtonian Flows, 1995, FED-231/MD 66, ASME, New York, 99-105.Choi S.U.S. Enhancing thermal conductivity of fluids with nanoparticles, in: D.A. Siginer, H.P. Wang (Eds.). Developments and Applications of Non-Newtonian Flows, 1995, FED-231/MD 66, ASME, New York, 99-105.Maxwell J.C. A Treatise on Electricity and Magnetism, 2nd ed. — Oxford: Clarendon Press. — 1881, 1, 435.Maxwell J.C. A Treatise on Electricity and Magnetism, 2nd ed. — Oxford: Clarendon Press. — 1881, 1, 435.Eastman J.A., Choi S.U.S., Li S., Thompson L.J., Enhanced thermal conductivity through the development of nanofluids // Proceedings of the Symposium on Nanophase and Nanocomposite Materials II. Materials Research Society, USA –1997. — 457. — 3-11.Eastman J.A., Choi S.U.S., Li S., Thompson L.J., Enhanced thermal conductivity through the development of nanofluids // Proceedings of the Symposium on Nanophase and Nanocomposite Materials II. Materials Research Society, USA –1997. — 457. — 3-11.Eastman J.A., Choi S.U.S., Li S., Yu W., Thompson L.J. Anomalously increased effective thermal conductivities of ethylene glycolbased nanofluids containing copper nanoparticles // Applied Physics Letters. — 2001. — 78. — 718-720.Eastman J.A., Choi S.U.S., Li S., Yu W., Thompson L.J. Anomalously increased effective thermal conductivities of ethylene glycolbased nanofluids containing copper nanoparticles // Applied Physics Letters. — 2001. — 78. — 718-720.Lee S., Choi S.U.S., Li S., Eastman J.A. Measuring thermal conductivity of fluids containing oxide nanoparticles. // Journal of Heat Transfer. — 1999. — 121. — 280-289.Lee S., Choi S.U.S., Li S., Eastman J.A. Measuring thermal conductivity of fluids containing oxide nanoparticles. // Journal of Heat Transfer. — 1999. — 121. — 280-289.Wang X., Xu X., Choi S.U.S. Thermal conductivity of nanoparticle–fluid mixture. // Journal of Thermophysics and Heat Transfer. — 1999. — 13. — 474-480.Wang X., Xu X., Choi S.U.S. Thermal conductivity of nanoparticle–fluid mixture. // Journal of Thermophysics and Heat Transfer. — 1999. — 13. — 474-480.Xuan Y., Li Q. Heat transfer enhancement of nanofluids. // International Journal of Heat and Fluid Flow. — 2000. — 21. — 58-64.Xuan Y., Li Q. Heat transfer enhancement of nanofluids. // International Journal of Heat and Fluid Flow. — 2000. — 21. — 58-64.S.K. Das, N. Putra, P. Thiesen, W. Roetzel, Temperature dependence of thermal conductivity enhancement for nanofluids // Journal of Heat Transfer. — 2003. — 125. — 567-574.S.K. Das, N. Putra, P. Thiesen, W. Roetzel, Temperature dependence of thermal conductivity enhancement for nanofluids // Journal of Heat Transfer. — 2003. — 125. — 567-574.Murshed S.M.S., Leong, K.C. Yang C. Enhanced thermal conductivity of TiO2–water based nanofluids // International Journal of Thermal Sciences. — 2005. — 44. — 367-373.Murshed S.M.S., Leong, K.C. Yang C. Enhanced thermal conductivity of TiO2–water based nanofluids // International Journal of Thermal Sciences. — 2005. — 44. — 367-373.Hong T., Yang H., Choi C.J. Study of the enhanced thermal conductivity of Fe nanofluids. // Journal of Applied Physics. — 2005. — 97. — 064311-1–064311-4.Hong T., Yang H., Choi C.J. Study of the enhanced thermal conductivity of Fe nanofluids. // Journal of Applied Physics. — 2005. — 97. — 064311-1–064311-4.Li C.H., Peterson G.P. Experimental investigation of temperature and volume fraction variations on the effective thermal conductivity of nanoparticle suspensions (nanofluids). // Journal of Applied Physics. — 2006. — 99. — 084314-1–084314-8.Li C.H., Peterson G.P. Experimental investigation of temperature and volume fraction variations on the effective thermal conductivity of nanoparticle suspensions (nanofluids). // Journal of Applied Physics. — 2006. — 99. — 084314-1–084314-8.Wang X.Q, Mujumbar A.S. Heat transfer characteristics of nanofluids: a review. // Inter. J. Therm. Sci. — 2007. — 46. — 1-19.Wang X.Q, Mujumbar A.S. Heat transfer characteristics of nanofluids: a review. // Inter. J. Therm. Sci. — 2007. — 46. — 1-19.Buongiorno J., Venerus D. C., Prabhat N. et al., A benchmark study on the thermal conductivity of nanofluids, // Journal of Applied Physics. — 2009. — 106. — 094312.Buongiorno J., Venerus D. C., Prabhat N. et al., A benchmark study on the thermal conductivity of nanofluids, // Journal of Applied Physics. — 2009. — 106. — 094312.Рудяк В.Я., Белкин А.А. Моделирование коэффициентов переноса наножидкостей // Наносистемы: физика, химия, математика. — 2010. — Т. 1, № 1. — С.156 — 177.Рудяк В.Я., Белкин А.А. Моделирование коэффициентов переноса наножидкостей // Наносистемы: физика, химия, математика. — 2010. — Т. 1, № 1. — С.156 — 177.Skripov P.V., Smotritskiy A.A., Starostin A.A., Shishkin A.V. A Method of Controlled Pulse Heating: Applications // J. Eng. Thermophys. — 2007. — 16, 3. — 155-163.Skripov P.V., Smotritskiy A.A., Starostin A.A., Shishkin A.V. A Method of Controlled Pulse Heating: Applications // J. Eng. Thermophys. — 2007. — 16, 3. — 155-163.Eastman J.A., Choi S.U.S., Li S., Thompson L.J., Lee S. Enhanced thermal conductivity through the development of nanofluids // Proc. Mater. Res. Soc. Symposium. Materials Res. Soc., Pittsburgh, PA. USA. Boston. MA. USA. — 1997. — 457. — 3-11.Eastman J.A., Choi S.U.S., Li S., Thompson L.J., Lee S. Enhanced thermal conductivity through the development of nanofluids // Proc. Mater. Res. Soc. Symposium. Materials Res. Soc., Pittsburgh, PA. USA. Boston. MA. USA. — 1997. — 457. — 3-11.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.