• بهبود پایداری و انتقال حرارت: سطح جانبی نسبتاً زیاد نانوذرات در مقایسه با میکروذرات قابلیت انتقال حرارت بسیار بهتری را فراهم می­آورد. می­دانیم ذرات ریزتر از ۲۰ نانومتر، ۲۰% از اتم­های خود را روی سطح خود حمل می­ کنند، همین امر باعث می­ شود که در تعامل حرارتی بسیار سریع عمل کنند. با این ذرات فوق العاده ریز، نانو سیالات می­توانند به نرمی در ریزترین کانال­های میلی و میکرو جریان یابند.

• رفع مشکل انسداد: چون نانوذرات کوچک هستند، جاذبه در مورد آن­ها اهمیت کمتری می‌یابد و لذا با کاهش شانس ته­نشینی آن­ها یک نانوسیال پایدار خواهیم داشت. ترکیب میکروکانال­ها و نانوسیالات، همزمان سیالات با رسانایی بالا و سطح انتقال حرارت زیاد را فراهم می­آورد. این مزیتی است که در استفاده از ذرات ماکرو یا میکرو به دلیل مسدود شدن میکروکانال وجود نخواهد داشت.

• سیستم­های مینیاتوری: تکنولوژی نانوسیال با فراهم نمودن قابلیت طراحی مدل­های حرارتی کوچک­تر و سبک­تر، از گرایش صنایع کنونی به سمت کوچک­کردن سیستم­ها حمایت می‌کند. سیستم­های کوچک­شده، مخزن سیالات عامل انتقال حرارت را کاهش داده و منجر به صرفه­جویی در هزینه­ها خواهد شد.

• کاهش توان پمپ: در حالات عادی با افزایش انتقال حرارت به دو برابر توسط سیالات متداول، توان خروجی پمپ باید ده برابر افزایش یابد. نشان داده شده است که سه برابر کردن هدایت حرارتی در نانوسیالات، انتقال حرارت در همان وسیله به دو برابر افزایش خواهد یافت و تا زمانی که افزایش ناگهانی در ویسکوزیته­ی سیال رخ ندهد توان افزایش یافته مصرفی توسط پمپ در حد معقول باقی خواهد ماند. پس با افزودن درصد حجمی کمی از نانوذرات در رابطه با توان مصرفی پمپ صرفه جویی زیادی رخ خواهد داد.

پایداری بهتر نانوذرات مانع از ته­نشینی سریع آن­ها شده و کاهش احتمال انسداد و خوردگی دیواره­ های تجهیزات انتقال حرارت را به دنبال خواهد داشت. رسانایی حرارتی زیاد نانوسیالات به بازده حرارتی بالاتر و هزینه­ های کمتر منجر می­ شود. تجهیزات کوچک شده نیاز به مخازن کوچک­تر سیال­های عامل دارند و نهایتا سیستم­های حرارتی کوچک­تر و سبک­تری خواهیم داشت. اجزای کوچک­تر منجر به صرفه­جویی در سوخت و انرژی، آلایندگی کمتر و محیط زیستی تمیزتر خواهد شد.
۲-۴ روابط حاکم بر خواص نانوسیال
۲-۴-۱ ضریب هدایت حرارتی
مطالعات مختلفی برای توجیه نمودن افزایش مشاهده شده در میزان ضرایب هدایت حرارتی نانوسیال انجام شده و بر آن اساس روابط مختلفی برای محاسبه ضریب هدایت حرارتی مؤثر نانوسیال ارائه شده است. مدل­های اولیه با فرض عدم وجود سرعت نسبی بین ذرات و سیال پایه و عمدتا برای ذرات با اندازه میکرو و میلی­متر ارائه شده ­اند ولی به­تدریج مکانیزم­ های مختلف مانند حرکت براونی^[۳۳]ذرات، ترمو فورسیس^[۳۴]، لایه بین نانوذرات و سیال پایه (نانولایه^[۳۵])، زنجیره­ای شدن نانوذرات، انتقال فوتون^[۳۶] و. . . . جهت مدل­سازی ضریب هدایت مؤثر نانوسیال درنظر گرفته شدند.
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

تعدادی از مدل­های ارائه شده برای محاسبه ضریب هدایت مؤثر نانوسیال در جدول (۲-۱) ارائه شده است.
جدول ۲-۱ : مدل‌های ارائه شده برای هدایت حرارتی نانوسیال

هامیلتون وکراسر^[۳۷] ]۲۱[

ژوان^[۳۸] و همکاران ]۲۲[

یو و چوی^[۳۹] ]۲۳[

آوسک^[۴۰] ]۲۴[

در رابطه‌ی همیلتون-کراسر و آوسک، و ضریب شکل تجربی است و کرویت ذره می‌باشد و به صورت نسبت مساحت سطح کره­های هم حجم ذره به مساحت سطح ذره تعریف می­ شود. در رابطه‌ی ژوان و همکاران شعاع ظاهری زنجیره است و به ساختار زنجیره بستگی دارد. در فرمول پیشنهادی توسط یو و چوی نیز نسبت ضخامت نانولایه به شعاع ذره اصلی و ضریب هدایت حرارتی معادل می­باشد و به صورت زیر به دست می ­آید:

(۲-۱)

و نسبت هدایت حرارتی نانولایه به هدایت حرارتی ذره اصلی می­باشد.
در سال (۲۰۰۵) کوو و کلینستروئر با در نظرگیری اثر حرکت براونی ذرات، مدل دیگری را ارائه دادند]۱۹[. هنگام بکارگیری هدایت گرمایی نانوسیال در مطالعه‌ی حاضر الگوی فوق مورد استفاده قرار می‌گیرد. در زیر نحوه‌ی دستیابی به این مدل توضیح داده شده است.
مدل کوو و کلینستروئر: از آنجا که ذرات در هنگام حرکت براونی خود مقدار زیادی از سیال را به حرکت درمی آورند، انتظار می­رود که بتوان مدل دقیق­تری را بر حسب حرکت براونی ذرات ارائه داد. در این مدل تأثیر حرکت براونی که خود تابعی از دما است، مورد بررسی قرار می­گیرد. آزمایش­ها نشان داده­اند که با افزایش دما حرکت براونی ذرات افزایش می­یابند و در نتیجه ضریب هدایت حرارتی نانوسیال افزایش می­یابد. برای محاسبه اثر حرکت براونی، ضریب هدایت حرارتی نانوسیال شامل دو قسمت در نظر گرفته می­ شود. یکی با فرض اینکه تمام نانوذرات ساکن هستند (قسمت استاتیکی ضریب هدایت حرارتی ) و دیگری خواصی که از حرکت براونی ناشی می­شوند ().
ضریب هدایت حرارتی نانوسیال بر اساس خواص استاتیکی و براونی به صورت زیر تعریف می­شوند:

(۲-۲)