بررسی تجربی ضریب هدایت حرارتی نانوسیال ترکیبی آب/اتیلن گلیکول-Fe2O3/SWNCT و بهینه‌سازی آن با استفاده از شبکه‌‌های عصبی و الگوریتم ژنتیک

نانومواد

دوره 13، شماره 45، فروردین 1400، صفحه 1-14   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

امیر اسدی‌کیا¹؛ سید علی آقا میرجلیلی^{* 1}؛ نوید نصیری‌زاده²؛ هادی کارگر شریف‌آباد³

¹گروه مهندسی مکانیک، واحد یزد، دانشگاه آزاد اسلامی، یزد، ایران

²گروه مهندسی نساجی و پلیمر، واحد یزد، دانشگاه آزاد اسلامی، یزد، ایران

³مرکز تحقیقات انرژی و توسعه پایدار، واحد سمنان، دانشگاه آزاد اسلامی، سمنان، ایران

چکیده

در این مقاله، ضریب هدایت حرارتی نانوسیال‌های ترکیبی متشکل از نانولوله‌های کربنی تک جداره و نانوذرات آهن II اکسید در مخلوط آب و اتیلن گلیکول به صورت تجربی بررسی شده است. پارامترهایی نظیر درصد اتیلن گلیکول، مقدار نانولوله کربنی تک جداره، نانوذرات آهن II اکسید و pH محلول به ‌عنوان پارامترهای مؤثر بر هدایت حرارتی انتخاب شدند. نتایج بررسی تجربی نشان داد که ضریب هدایت حرارتی همراه با افزایش میزان نانوذرات افزایش یافته و در محیط قلیایی کاهش می‌یابد. همچنین اثر هم‌افزایی افزودن هر دو نانوذره به سیال پایه بر ضریب هدایت حرارتی مورد تایید قرار گرفت. با توجه به وابسته بودن مقدار ضریب هدایت حرارتی از شبکه عصبی و الگوریتم ژنتیک برای پیدا کردن مقادیر بهینه استفاده شد. بهترین آموزش در یک شبکه عصبی دو لایه با تعداد نرون‌های لایه مخفی برابر 6 و نرخ یادگیری اولیه برابر 04/0 حاصل شد که متوسط خطای شبکه عصبی پس از آموزش 8% ‌بدست آمد. با تغییر ضریب جهش از 1% تا 8% در الگوریتم ژنتیک، مقدار جمعیت اولیه مناسب برابر 200 شد. با در نظر گرفتن شرط همگرایی برابر ^6-10×1 در تغییرات نسبی بهترین مقدار تابع هدف و مقدار متوسط تابع هدف در جمعیت، ضریب هدایت حرارتی برای نانوسیال ترکیبی با ترکیب اتیلن گلیکول برابر 01/30%، نانولوله کربنی تک جداره برابر 998/0%، نانوذرات آهن II اکسید برابر 99/1% و pH برابر 0018/2، بیشترین مقدار در مقایسه با نسبت‌های دیگر اجزا داشته است.

کلیدواژه‌ها

ضریب هدایت حرارتی؛ نانوسیال؛ شبکه‌‌های عصبی؛ الگوریتم ژنتیک

مراجع

• H. Talebi, V. Kalantar, M.R. Nazari, H. Kargarsharifabad, Journal of Solid and Fluid Mechanics, 8, 2018, 229.
• H. Dibaei, H. Kargarsharifabad, Journal of Heat and Mass Transfer Research, 4, 2017, 1.
• A. Eastman, U.S. Choi, S. Li, L.J. Thompson, S. Lee, MRS Proceedings, 457, 2011, 3.
• Pil Jang, S.U. Choi, 2006.
• Kleinstreuer, Y. Feng, Nanoscale Research Letters, 6, 2011, 229.
• Yu, D.M. France, J.L. Routbort, S.U.S. Choi, Heat Transfer Engineering, 29, 2008, 432.
• Aminian, Powder Technology, 301, 2016, 288.
• Mukherjee, P.C. Mishra, S. Parashar, P. Chaudhuri, Heat and Mass Transfer, 52, 2016, 2575.
• Philip, P.D. Shima, Advances in Colloid and Interface Science, 183, 2012, 30.
• D. Manasrah, T. Laoui, S.J. Zaidi, M.A. Atieh, Experimental Thermal and Fluid Science, 84, 2017, 231.
• Murshed, K. Leong, C. Yang, Applied Thermal Engineering, 28, 2008, 2109.
• H. Kumar, H.E. Patel, V.R. Kumar, T. Sundararajan, T. Pradeep, S.K. Das, Physical Review Letters, 93, 2004, 144301.
• H. Chon, K.D. Kihm, S.P. Lee, S.U. Choi, Applied Physics Letters, 87, 2005, 153107.
• H. Li, G. Peterson, Journal of Applied Physics, 99, 2006, 084314.
• Wang, D. Tang, S. Liu, X. Zheng, N. Araki, International Journal of Thermophysics, 28, 2007, 1255.
• Corcione, Energy Conversion and Management, 52, 2011, 789.
• K. Das, N. Putra, P. Thiesen, W. Roetzel, Journal of Heat Transfer, 125, 2003, 567.
• Li, Y. Xuan, J. Wang, Experimental Thermal and Fluid Science, 30, 2005, 109.
• Syam Sundar, M.K. Singh, A.C.M. Sousa, International Communications in Heat and Mass Transfer, 44, 2013, 7.
• K. Sharma, R.K. Singh, A.K. Tiwari, A. Dixit, J. Katiyar, Tribology in Materials and Applications, Springer, 2020.
• Chen, X. Zhang, Y. Zhang, M. Mamadiev, Journal of Molecular Liquids, 241, 2017, 1013.
• Akilu, K. Sharma, A.T. Baheta, R. Mamat, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 66, 2016, 654.
• R. Babu, K.K. Kumar, S.S. Rao, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 77, 2017, 551.
• K. Das, Journal of Molecular Liquids, 240, 2017, 420.
• Sarkar, P. Ghosh, A. Adil, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 43, 2015, 164.
• H. Esfe, S.H. Rostamian, Physica A: Statistical Mechanics and its Applications, 553, 2020, 12406.
• Esfe, S. Saedodin, W. Yan, M. Afrand, N. Sina, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 124, 2016, 455.
• H. Esfe, A.A.A. Abbasian Arani, M. Rezaie, W.M. Yan, A. Karimipour, International Communications in Heat and Mass Transfer, 66, 2015, 189.
• Soltani, D. Toghraie, A. Karimipour, Powder Technology, 371, 2020, 37.
• Rostami, D. Toghraie, B. Shabani, N. Sina, P. Barnoon, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 143, 2021, 1097.
• H. Esfe, S. Wongwises, A. Naderi, A. Asadi, M.R. Safaei, H. Rostamian, M. Dahari, A. Karimipour, International Communications in Heat and Mass Transfer, 66, 2015, 100.
• Rostami, D. Toghraie, M.A. Esfahani, M. Hekmatifar, N. Sina, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 143, 2021, 1119.
• Moradi, M. Zareh, M. Afrand, M. Khayat, Powder Technology, 362, 2020, 578.
• W. Xian, N.A.C. Sidik, R. Saidur, International Communications in Heat and Mass Transfer, 110, 2020, 104389.
• Akhgar, D. Toghraie, N. Sina, M. Afrand, Powder Technology, 355, 2019, 602.
• R. Safaei, A. Hajizadeh, M. Afrand, C. Qi, H. Yarmand, N.W Zulkifli, Physica A: Statistical Mechanics and its Applications, 519, 2019, 209.
• Karimipour, S.A. Bagherzadeh, A. Taghipour, A. Abdollahi, M.R. Safaei, Physica A: Statistical Mechanics and its Applications, 521, 2019, 89.
• [38] A. Asadikia, S.A.A. Mirjalily, N. Nasirzadeh, H. Kargarsharifabad, International Communications in Heat and Mass Transfer, 117, 2020, 104603.
• R.L. Haupt, S.E. Haupt, A Wiley-Interscience Publication, USA, 1998.