Analysis of thermal conductivity of ferrofluids

Abstract

In this thesis, a transient hot wire system capable to measure the thermal conductivity of fluids is designed and used to characterized different ferrofluids. For measurement purposes an electrical insulation is provided to the platinum wire, in order to obtain appropriate values of thermal conductivities of electrical conductive fluid. The influence of some important parameters on the thermal conductivity is studied. Two Mnx Zn1−x Fe2O4 (a water-based and a hydrocarbon-based) ferrofluids are compared in order to analyze their thermal conductivity. For the produced water-based ferrofluid, a chemical co-precipitation method and a double layer surfactant technique are employed in the production of the ferrofluids. The effect of the particle diameter, base fluid, volumetric concentration “ φ ” and chemical composition in the effective thermal conductivity of the ferrofluids are tested. The coating effect of the wire in the outcome of the transient hot wire system is analyzed by solving numerically the heat equation for the line source case. An enhancement is found in the effective thermal conductivity of all the nanofluids analyzed.

En esta tesis se diseñó un sistema basado en el método del alambre caliente para medir la conductividad térmica de fluidos y caracterizar diferentes ferrofluidos. Una cobertura aislante se aplicó al alambre de platino para el proceso de medición, con el objetivo de obtener valores apropiados de la conductividad térmica en el caso de analizarse fluidos eléctricamente conductores. Se estudió la influencia de ciertos parámetros críticos en la conductividad térmica de los ferrofluidos. Dos ferrofluidos de Mnx Zn1-x Fe2O4 (uno suspendido en base de agua y otro suspendido en un hidrocarburo) se compararon con el propósito de analizar su conductividad térmica. Para la fabricación de los fluidos fueron se empleó el método de co-precipitación y la técnica de doble recubrimiento de surfactante. Se investigaron los efectos del diámetro de partícula, del fluido base, la concentración volumétrica “φ” y la composición química en la conductividad térmica efectiva de los ferrofluidos. La solución numérica de la ecuación de calor para el caso de una línea con generación; se usó para analizar el efecto del recubrimiento del alambre en los resultados obtenidos por el método del alambre caliente. Se encontró un incremento en la conductividad térmica efectiva de todos los ferrofluidos analizados.