Experimental investigation of nanofluids using terahertz time domain spectroscopy (THz TDS)
Nano akışkanların zamana dayalı terahertz spektrometresi ile deneysel olarak incelenmesi
- Tez No: 313828
- Danışmanlar: DOÇ. DR. HAKAN ALTAN, YRD. DOÇ. DR. TUBA OKUTUCU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Fizik ve Fizik Mühendisliği, Mechanical Engineering, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2012
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışmada, nanoakışkanlar, bir baz akışkan içinde metal nanoparçacıkların süspansiyonları, zamana dayalı terahertz spektroskopisi (THz-TDS) yöntemiyle incelenmiştir. Nanoakışkanlar, özellikle ısı transfer artırımı amacıyla çeşitli uygulamalarda kullanılmaktadır. Polar yapıya sahip sıvılar topaklanma ve çökelme gibi etkilerini durdurma eğilimleri sebebiyle nanoakışkan üretiminde baz sıvı olarak kullanılmaktadır. Polar sıvılar THz sinyalini yüksek oranda soğurmaktadırlar, Yapılan ölçümler sonucunda saf isopropanolün (%99,5) soğurma katsayısının etanol (%99,5), etilen glikol (%99), metanol (%95) ve damıtılmış su örneklerine kıyasla düşük olması sebebiyle baz sıvı olarak kullanılması kararlaştırılmıştır. Ag, Pd ve Cu nanoparçacıklar özel olarak isopropanol içinde lazer ablasyon yöntemiyle üretilmiştir. Sırasıyla 10 nm, 12 nm ve 75 nm ortalama parçacık çaplarında olan Ag, Cu ve Pd örnekleri Zeta potansiyeli analizörü kullanılarak ölçülmüştür. Elde edilen nanoakışkanlar saf isopropanol (%99,5) ile seyreltilerek 1X, 2X ve 3X derişimlerine sahip çeşitli nanoakışkan örnekleri hazırlanmıştır. Hazırlanan bu örneklerle alınan ölçümler, topaklanma ve çökelme etkenlerini kontrol etmek amacıyla 7 gün ile 12 gün sonrasında tekrarlanmıştır. THz-TDS kırılma indisi ve soğurma katsayılarını analiz etmek için güçlü bir tekniktir. İncelenen nanoakışkan örneklerinde, frekansa bağlı analizler sonucunda kırılma indisi ve soğurma katsayılarında belirgin bir farklılık gözlemlenmemiştir. Öte yandan zamana dayalı analizlerde zamanda bir kayma ve geçirgenlik değişimi gözlemlenmiştir. Ag nano parçacık içeren nano sıvıda artan derişimle birlikte zamanda artı yönde bir kayma ve geçirgenlikte bir azalma gözlemlenmişdir. Cu nanoparçacık ihtiva eden sıvılarda ise derişim arttıkca ilginç bir zamanda eksi yönde kayma ve geçirgenlikte artış gözlemlenmiştir. Pd nanoparçacık içeren sıvılarda ise ilk ölçümlerde bir değişiklik gözlemlenmezken günler sonra yapılan kontrol ölçümlerinde zamanda eksi yönde bir kayma gözlemlenmişdir. Nanoakışkandan geçen THz sinyali dielektrik ve iletken katmanlara bağlı olarak geçirgenlik ve yansıma katsayıları baz alınarak modellenmiştir. Bu model, Ag nanoparçacıkların dinamiğini tam olarak izah etmektedir. Oluşturulan mdel, THz sinyalinin numune içinde kat ettiği mesafenin çok uzun olmasından dolayı Cu nanoparçacık içeren sıvılarda gözlemlenen zamanda eksi yöndeki kaymayı desteklememektedir Zamandaki negatif yönde kayma ancak nanoakışkan içerisinde THz sinyaline temel olarak etkiyen ince ek bir katman oluşması durumuyla ya da baz sıvının kimyasının eklenen Pd veya Cu nanoparçacıklarla değişmesiyle açıklanabilir. Ag nanoparçacık içeren sıvılarda gözlemlenen zamanda artı yöndeki kayma ölçülerek, parçacık eklenmesiyle oluşan kırılma indisi farkı tahmin edilebilmiştir. Bu fark kullanılarak ve Maxwell-Garnett modelini temel alarak nanoparçacık derişimleri tahmini olarak hesaplanmıştır. Derişim hesaplamaları, ticari amaçla satılan, topaklanmayan nanoparçacık derişimleriyle uyum sağlamaktadır.
Özet (Çeviri)
In this study, suspensions of metallic nanoparticles in base fluids, nanofluids, are investigated by using terahertz time domain spectroscopy (THz-TDS). Nanofluids are used as the working fluid in a variety of applications especially for the purpose of heat transfer enhancement. Polar fluids are being used as the base in nanofluids for their tendency to stop aggregation and sedimentation. Polar fluids highly absorb THz signal. In order to select the best possible host, various polar liquids have been investigated, and isopropanol (99.5%) is selected to be the best candidate for its low THz absorptivity when compared to ethanol (99.5%), ethylene glycol (99%), methanol (95%) and distilled water. Ag, Pd and Cu nanoparticles have been custom-made in sopropanol by laser ablation method, and the size distributions have been characterized by Zeta Potential Analyzer. The nanoparticle diameters are measured to be on average 10 nm, 12 nm and 75 nm for Ag, Cu and Pd, respectively. Nanofluids of 1X, 2X and 3X concentrations of Ag, Cu and Pd nanoparticles have been prepared by diluting with pure (99.5%) isopropanol. Measurements have been repeated after 7 days up to 12 days in order to check for aggregations and sedimentations. THz-TDS is a strong tool to analyze the refractive index and absorption coefficient, but no distinct difference was observed in the frequency domain analysis for the nanofluid samples. On the other hand, in the time domain data analysis, a shift on the time data with a change in transmission was observed. For Ag nanoparticles a positive time shift with a decrease in transmission with increasing concentration was observed. For Cu nanoparticles an interesting negative time shift and an increase in the intensity was observed with increasing concentration. The Pd nanoparticle solution scans showed almost no shift initially, but a negative time shift after a wait period on the order of days. A model of the transmission of the THz pulse through the nanofluid was developed based on transmission/reflection coefficients due to both dielectric and conducting layered media. The model well explains the positive time shift seen with Ag nanoparticle suspensions but fails to explain the shift seen with the Cu nanoparticle suspensions due to the long path length inside the nanofluid. Negative time-shifts can only be explained by decreasing the path length which suggests additional layering inside the nanofluid medium, or assuming that the chemical composition of the isopropanol host has changed with the addition of Cu and/or Pd nanoparticles. The positive time shifts observed with the Ag nanoparticle suspensions allowed for estimating the change in refractive index of the base fluid. From this change, using effective medium theory based on Maxwell-Garnett model, the concentrations of the nanoparticles were estimated. The results agree within an order of magnitude to commercially available nanofluids which are also non-aggregate.
Benzer Tezler
- Experimental and numerical investigation on thermal efficiency of an evacuated tube solar collector using nanofluids
Nanoakışkan kullanılan vakum tüplü güneş kollektörünün ısıl veriminin deneysel ve sayısal incelenmesi
HÜSEYİN KAYA
Doktora
İngilizce
2018
EnerjiKarabük ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. KAMİL ARSLAN
- Düzlemsel güneş kollektörlerinde TiO2-su nanoakışkanı kullanılarak ısıl verimin etkisinin deneysel olarak incelenmesi
Experimental investigation of the effects of using TiO2-water nanofluids an thermal efficiency in a flat plate solar collectors
MEHMET KEMAL IŞIK
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Makine MühendisliğiBatman ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. NEŞE BUDAK ZİYADANOĞULLARI
- Nanoakışkanlı levhalı ısı değiştirici kanallarında ısı geçişinin deneysel ve sayısal incelenmesi
Experimental and numerical investigation of heat transfer in the plate heat exchanger channels using nanofluids
MURAT ÜNVERDİ
Doktora
Türkçe
2016
Makine MühendisliğiSakarya ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YAŞAR İSLAMOĞLU
- Experimental investigation of using mwcnt and graphene nanoplatelets water-based nanfluids as coolants in PVT systems
PVT sistemlerinde soğutma akışkanı olarak CDKNT ve grafen su bazlı nano akışkan kullanımının deneysel olarak incelenmesi
SALAHELDIN ALI.MOH. ALOUS
Doktora
İngilizce
2019
EnerjiKarabük ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUHAMMET KAYFECİ
DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİ UYSAL
- Experimental investigation on nanofluids with and without the effects of external magnetic field
Nanoakışkanların dış manyetik alan etkisinde ve haricinde deneysel olarak incelenmesi
ALPER ELKATMIŞ
Doktora
İngilizce
2011
Mühendislik BilimleriYeditepe ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NECDET ASLAN