Experimental characterization of nanofluids as heat transfer media

I nanofluidi sono costituiti da particelle solide di dimensione nanometrica (1-200 nm) disperse all’interno di fluidi comuni. Considerata l’elevata conduttività termica delle nanoparticelle solide rispetto alle proprietà termiche intrinsecamente scarse dei fluidi convenzionalmente usati per lo scambio termico, i nanofluidi sono stati inizialmente proposti come fluidi termovettori caratterizzati da interessanti proprietà termiche. Negli ultimi anni, il numero di pubblicazioni sui nanofluidi ha avuto una crescita esponenziale. Tuttavia, i nanofluidi sono fluidi complessi e i lavori sperimentali che si trovano in letteratura presentano spesso risultati tra loro discordanti e imprecisi, non supportati da valutazioni teoriche che devono essere approfondite. Uno dei principali problemi riguarda la produzione di sospensioni stabili, affidabili e riproducibili. In questo lavoro, sono stati presi in considerazione nove diversi nanofluidi, in acqua o glicole e con nanoparticelle di ossidi, metalli o carbonio, per valutare le possibili differenze tra i fluidi risultanti. Ogni fluido è stato attentamente caratterizzato. Per ogni nanofluido, la stabilità della sospensione è stata valutata considerando la distribuzione della dimensione media delle nanoparticelle in sospensione, utilizzando la tecnica DLS (Dynamic Light Scattering). Inoltre, per l'analisi di stabilità, sono stati misurati anche il potenziale ζ ed il pH dei nanofluidi. Per i nanofluidi che sono risultati stabili, si è proceduti con lo studio delle proprietà termofisiche, necessario per comprendere il loro potenziale impiego energeticamente favorevole in applicazioni specifiche. Per questo motivo, sono state misurate la conduttività termica e la viscosità dinamica. L'obiettivo finale di questo lavoro è stato quello di indagare le capacità di scambio termico convettivo dei nanofluidi. A questo scopo, è stato progettato e costruito un apparato sperimentale per misurare il coefficiente di scambio termico monofase convettivo, in condizione di flusso termico di parete costante. Dopo un intenso lavoro di misura sperimentale su più nanofluidi, non è stato trovato alcun nanofluido con straordinarie proprietà termofisiche, nonostante alcuni risultati pubblicati in letteratura che avevano posto le basi iniziali per questa tesi. Tra tutte le sospensioni studiate, quelle con nanoparticelle metalliche sembrano le più promettenti. Per questo motivo, nanofluidi più concentrati, con surfattanti adatti, sono in fase di studio.