Refrigeration Engineering and Technology

ISSN-print: 0453-8307
ISSN-online: 2409-6792
ISO: 26324:2012
Архiви

Взаємозв’язок між поверхневим натягом та тиском насичених парів для модельних нанофлюїдів

##plugins.themes.bootstrap3.article.main##

O. Ya. Khliyeva
D. A. Ivchenko
K. Yu. Khanchych
I. V. Motovoy
V. P. Zhelezny

Анотація

Для моделювання процесів кипіння нанофлюїдів необхідна інформація про їх поверхневий натяг. В роботі показано, що питання прогнозування поверхневого натягу складних термодинамічних систем, таких як нанофлюїди, остається невирішеним. Слід зазначити, що поверхневий натяг рідин і тиск насичених парів обумовлені специфічною міжмолекулярною взаємодією в області просторової неоднорідності речовини (поверхневого шару в області границі розділу рідкої та газоподібної фаз). Склад поверхневого шару нанофлюїду і рідкої фази в об’ємі нанофлюїду не рівні. Наявність наночастинок в базовій рідині впливає на склад поверхневого шару рідин. Однак відсутні методи визначення складу поверхневого шару нанофлюїду, що ускладнює встановлення залежності поверхневого натягу від параметрів стану нанофлюїдів. Слід зазначити, що кількість можливих методологічних похибок вимірювання тиску насичених парів нанофлюїдів значно нижче, ніж при вимірюванні поверхневого натягу. Тому при розробці моделей прогнозування поверхневого натягу науковий і практичний інтерес має встановлення взаємозв'язку між поверхневим натягом і тиском насичених парів нанофлюїдів. В представленій роботі об’єктами дослідження були нанофлюїди ізопропанол/наночастики Al2O3 та о-ксилол/фулерени С60. Тиск насичених парів та поверхневий натяг для нанофлюїду ізопропанол/наночастики Al2O3 були експериментально визначені в інтервалі температур 293 – 363 K та при концентрації наночастинок Al2O3 0‑8,71 г/кг, а для системи о-ксилол / фулерени С60 – в інтервалі температур 283 – 348 K та при концентрації фулеренів C60 0-7,5 г/кг. Показано, що добавки наночастинок Al2O3 та фулеренів C60 ведуть до збільшення тиску насичених парів та до зниження поверхневого натягу базових рідин. В роботі наведено аналіз взаємовідношення між величинами зведеного поверхневого натягу  та зведеного тиску насичених парів. Показано, що існує універсальна залежність між зведеними значеннями поверхневого натягу і тиску насичених парів для досліджуваних нанофлюїдів.

Ключові слова:
Нанофлюїд, Поверхневий натяг, Тиск насичених парів, Експеримент, Метод прогнозування

##plugins.themes.bootstrap3.article.details##

Як цитувати
Khliyeva, O. Y., Ivchenko, D. A., Khanchych, K. Y., Motovoy, I. V., & Zhelezny, V. P. (2019). Взаємозв’язок між поверхневим натягом та тиском насичених парів для модельних нанофлюїдів. Refrigeration Engineering and Technology, 55(1), 40-46. https://doi.org/10.15673/ret.v55i1.1352
Розділ
ДОСЛІДЖЕННЯ ХОЛОДОАГЕНТІВ

Посилання

1. Bhattad, A., Sarkar, J., Ghosh, P., 2018. Improving the performance of refrigeration systems by using nanofluids: A comprehensive review. Renew. Sust. Energ. Rev. 82, 3656-3669. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.10.097
2. Patil, M., Kim, S., Seo, J. H., Lee, M. Y., 2016. Review of the thermo-physical properties and performance charac-teristics of a refrigeration system using refrigerant-based nanofluids, Energies. 9 (1), 22. https://doi.org/10.3390/ en9010022
3. Azmi, W. H., Sharif, M. Z., Yusof, T. M., Mamat, R., Redhwan, A. A. M., 2017. Potential of nanorefrigerant and nanolubricant on energy saving in refrigeration system–A review. Renew. Sust. Energ. Rev. 69, 415-428. https://doi.org/10.1016/j.rser.2016.11.207
4. Celen, A. Çebi, A., Aktas, M., Mahian, O., Dalkilic, A. S., Wongwises, S., 2014. A review of nanorefrigerants: flow characteristics and applications. Int. J. Refrig. 44, 125-140. https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2014.05.009
5. Zhelezny, V., Lukianov, N., Khliyeva, O., Nikulina, A., Melnyk, A., 2017. A complex investigation of the nanofluids R600a-mineral oil-Al2O3 and R600a-mineral oil-TiO2. Thermophysical properties. Int. J. Refrig. 74, 488–504. https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2016.11.008
6. Zhelezny, P. V., Zhelezny, V. P., Procenko, D. A., An-cherbak, S. N., 2007. An experimental investigation and modelling of the thermodynamic properties of isobutane–compressor oil solutions: Some aspects of experimental methodology. Int. J. Refrig. 30(3), 433-445. https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2006.09.007
7. Shestova, T. D., Lozovsky, T. L., Zhelezny, V. P., 2014. Modifying gradient theory to predict the surface properties of halogenated hydrocarbons. Russ. J. Phys. Chem. A. 88(5), 851-857. https://doi.org/10.1134/S0036 024414050288
8. Goussard, V., Duprat, F., Gerbaud, V., Ploix, J. L., Dreyfus, G., Nardello-Rataj, V., Aubry, J. M., 2017. Predicting the Surface Tension of Liquids: Comparison of Four Modeling Approaches and Application to Cosmetic Oils. J. Chem. Inf. Model. 57(12), 2986-2995. https://doi.org/10.1021/acs.jcim.7b00512
9. Baidakov, V. G., Khotienkova, M. N., 2016. Surface tension of methane–nitrogen solutions: 2. Description in the framework of the van der Waals gradient theory. Fluid Ph. Equilibria. 425, 402-410. https://doi.org/10.1016/j.fluid. 2016.06.038
10. Rao, M., Levesque, D., 1976. Surface Structure of a Liquid Film. J. Chem. Phys. 65, 3233−3236. https://doi.org/ 10.1063/1.433495
11. Protsenko, S. P., Baidakov, V. G., 2016. Binary Lennard-Jones mixtures with highly asymmetric interactions of the components. 1. Effect of the energy parameters on phase equilibria and properties of liquid-gas interfaces. Fluid Ph. Equilibria. 429, 242-253. https://doi.org/ 10.1016/j.fluid.2016.09.009
12. Brock, J. R., Bird, R. B., 1955. Surface Tension and the Principle of Corresponding States. AIChE J. 1, 174−177. https://doi.org/10.1002/aic.690010208
13. Curl, R. F., Pitzer, K., 1958. Volumetric and Thermo-dynamic Properties of Fluids-enthalpy, Free Energy, and Entropy. Ind. Eng. Chem. 50, 265−274. https://doi.org/ 10.1021/ie50578a047
14. Yi, H., Tian, J., 2015. New generalized corresponding states correlation for surface tension of normal saturated liquids. Int. J. Mod. Phys. B. 29(22), 1550156. https://doi.org/10.1142/S0217979215501568
15. Cachadiña, I., Mulero, A., Tian, J., 2017. Surface tension of refrigerants: A new correlation using the boiling point as reference. Fluid Ph. Equilibria. 442, 68-80. https://doi.org/10.1016/j.fluid.2017.03.017
16. Egemen, E., Nirmalakhandan, N., Trevizo, C., 2000. Predicting Surface Tension of Liquid Organic Solvents. Environ. Sci. Technol. 34, 2596−2600. https://doi.org/ 10.1021/es991284u
17. Conte, E., Martinho, A., Matos, H. A., Gani, R., 2008. Combined GroupContribution and Atom Connectivity Index-Based Methods for Estimation of Surface Tension and Viscosity. Ind. Eng. Chem. Res. 47, 7940−7954. https://doi.org/10.1021/ie071572w
18. Li, P., Ma, P.-S., Dai, J.-G., Cao, W., 1996. Estimations of Surface Tensions at Different Temperatures by a Corresponding-States GroupContribution Method. Fluid Ph. Equilib. 118, 13−26. https://doi.org/10.1016/0378-3812(95)02836-6
19. Zhelezny, V., Sechenyh, V., Nikulina, A., 2014. A New Scaling Principles–Quantitative Structure Property Relationship Model (SP-QSPR) for Predicting the Physicochemical Properties of Substances at the Saturation Line. J. Chem. Eng. Data. 59(2), 485-493. https://doi.org/10.1021/je400933x
20. Garrido, J. M., Mejía, A., Piñeiro, M. M., Blas, F. J., Müller, E. A., 2016. Interfacial tensions of industrial fluids from a molecular‐based square gradient theory. AIChE Journal, 62(5), 1781-1794. https://doi.org/10.1002/ aic.15190
21. Hajra, B., Kumar, M., Pathak, A. K., Guria, C., 2016. Surface tension and rheological behavior of sal oil methyl ester biodiesel and its blend with petrodiesel fuel. Fuel. 166, 130-142. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2015. 10.109
22. Nabipour, M., 2018. Prediction of surface tension of binary refrigerant mixtures using artificial neural networks. Fluid Ph. Equilibria. 456, 151-160. https://doi.org/ 10.1016/j.fluid.2017.10.020
23. Zhelezny V., Sechenyh V., Ivchenko D., Semenyuk Yu., 2014. Prediction of the surface tension for refrigerants and refrigerant-oil solutions (ROS). Int. J. Refrig. 40, 241 -245. https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2013.12.003
24. Zhang, C., Yi, H., Tian, J., 2016. Lielmezs–Herrick correlation for the temperature-dependent surface tension of hydrocarbons. Int. J. Mod. Phys. B. 30(23), 165-154. https://doi.org/10.1142/S021797921650154X
25. Lashkarbolooki, M., Bayat, M., 2018. Prediction of surface tension of liquid normal alkanes, 1-alkenes and cycloalkane using neural network. Chem. Eng. Res. Des. 137, 154-163. https://doi.org/10.1016/j.cherd.2018.07.021
26. Zhelezny V., Geller V., Semenyuk Y., Nikulin A., Lukianov N., Lozovsky T., Shymchuk M., 2018. Effect of Al2O3 Nanoparticles9 Additives on the Density, Saturated Vapor Pressure, Surface Tension and Viscosity of Isopropyl Alcohol. Int. J. Thermophys. 39 (3), 38. https://doi.org/ 10.1007/s10765-018-2361-8
27. Semenov, K. N., Charykov, N. A., Keskinov, V. A., Piartman, A. K., Blokhin, A. A., Kopyrin, A. A., 2009. Solubility of light fullerenes in organic solvents. J. Chem. Eng. Data. 55(1), 13-36. https://doi.org/10.1021/je900296s