Statistische Analyse zum Einfluss auf die Wärmeleitfähigkeit von Nanofluiden
Date Issued
2023-09-01
Author(s)
Supervisors
Referees
Abstract
Nanofluide sind kolloidale Nanopartikel, die in Wärmetransferfluiden dispergiert sind.
Die potentielle Anwendung in Wärmeübertragern aufgrund der erhöhten Wärmeleitfä-
higkeit ist eine Möglichkeit, die Effizienz von Wärmeübertragern zu steigern, obgleich
die Literaturdaten in Bezug auf experimentelle Messungen der Wärmeleitfähigkeit von
Nanofluiden teils kontroverse Ergebnisse liefern.
In dieser Thesis wurden Datenbanken zu Wasser-basierten und Ethylenglykol-basierten Nanofluiden erstellt und mittels linearer Regressionen in Anlehnung an Maxwells Effektive Medium Theorie (EMT) statistisch untersucht. Hierbei wurden neben der Variablen Konzentration, auch Variablen für die Temperatur und die Nanopartikeloberfläche zur linearen Regression hinzugefügt. Die Ergebnisse (Kapitel 4 und 5) zeigen, dass die Literaturdaten in Näherung mit Maxwells EMT übereinstimmen, wenngleich ein hohes Maß an Streuung zu erkennen ist. Die Wärmeleitfähigkeit steigt dabei näherungsweise linear mit der Konzentration, und mit geringerem Einfluss auch linear mit der Temperatur.
Der Einfluss mit der Nanopartikeloberfläche ist nur in wenigen Materialien signifikant,
zeigt aber dennoch einen linearen Zusammenhang.
Die Datenbanken von Wasser- und Ethylenglykol-basierten Nanofluiden wurden in Ka-
pitel 6 mit Hilfe linear gemischter Modelle untersucht. Diese Modelle unterscheiden fixe
Effekte, wie die lineare Regression auf Basis von Maxwells EMT, von zufälligen Effekten, welche Einfluss auf die Varianz-Kovarianz-Struktur besitzen. Es wurden die Variablen ID (auf Basis der Publikation), Material, Surfaktant, und Zeta-Potential hinsichtlich ihres Einflusses auf die Wärmeleitfähigkeit untersucht. Es hat sich gezeigt, dass eine Gruppierung der Daten aufgrund der Publikation systematische Fehler der experimentellen Messungen der Wärmeleitfähigkeit eliminiert und so die residuale Varianz verringert. Der Einfluss der Surfaktanten und des Zeta-Potentials auf die Wärmeleitfähigkeit war nur gering signifikant.
Insgesamt zeigt sich, dass die experimentelle Messung der Wärmeleitfähigkeit von Na-
nofluiden und die damit einhergehende Streuung in den Daten aufgrund verschiedener
Faktoren beeinflusst sind. Dieses seien zum einen unzureichende Charakterisierungen
der Daten, die Anwesenheit von Agglomerationen in den Nanopartikeln und die teils
geringe Stabilität der Dispersionen. Die statistischen Analysen haben gezeigt, dass die
Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit vereinbar ist mit Maxwells EMT.
Die potentielle Anwendung in Wärmeübertragern aufgrund der erhöhten Wärmeleitfä-
higkeit ist eine Möglichkeit, die Effizienz von Wärmeübertragern zu steigern, obgleich
die Literaturdaten in Bezug auf experimentelle Messungen der Wärmeleitfähigkeit von
Nanofluiden teils kontroverse Ergebnisse liefern.
In dieser Thesis wurden Datenbanken zu Wasser-basierten und Ethylenglykol-basierten Nanofluiden erstellt und mittels linearer Regressionen in Anlehnung an Maxwells Effektive Medium Theorie (EMT) statistisch untersucht. Hierbei wurden neben der Variablen Konzentration, auch Variablen für die Temperatur und die Nanopartikeloberfläche zur linearen Regression hinzugefügt. Die Ergebnisse (Kapitel 4 und 5) zeigen, dass die Literaturdaten in Näherung mit Maxwells EMT übereinstimmen, wenngleich ein hohes Maß an Streuung zu erkennen ist. Die Wärmeleitfähigkeit steigt dabei näherungsweise linear mit der Konzentration, und mit geringerem Einfluss auch linear mit der Temperatur.
Der Einfluss mit der Nanopartikeloberfläche ist nur in wenigen Materialien signifikant,
zeigt aber dennoch einen linearen Zusammenhang.
Die Datenbanken von Wasser- und Ethylenglykol-basierten Nanofluiden wurden in Ka-
pitel 6 mit Hilfe linear gemischter Modelle untersucht. Diese Modelle unterscheiden fixe
Effekte, wie die lineare Regression auf Basis von Maxwells EMT, von zufälligen Effekten, welche Einfluss auf die Varianz-Kovarianz-Struktur besitzen. Es wurden die Variablen ID (auf Basis der Publikation), Material, Surfaktant, und Zeta-Potential hinsichtlich ihres Einflusses auf die Wärmeleitfähigkeit untersucht. Es hat sich gezeigt, dass eine Gruppierung der Daten aufgrund der Publikation systematische Fehler der experimentellen Messungen der Wärmeleitfähigkeit eliminiert und so die residuale Varianz verringert. Der Einfluss der Surfaktanten und des Zeta-Potentials auf die Wärmeleitfähigkeit war nur gering signifikant.
Insgesamt zeigt sich, dass die experimentelle Messung der Wärmeleitfähigkeit von Na-
nofluiden und die damit einhergehende Streuung in den Daten aufgrund verschiedener
Faktoren beeinflusst sind. Dieses seien zum einen unzureichende Charakterisierungen
der Daten, die Anwesenheit von Agglomerationen in den Nanopartikeln und die teils
geringe Stabilität der Dispersionen. Die statistischen Analysen haben gezeigt, dass die
Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit vereinbar ist mit Maxwells EMT.
Subjects
Nanopartikel
;
Wärmeübergang
;
statistical analysis
Institution
Type
Dissertation
Language
German
File(s)![Thumbnail Image]()
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Name
Dissertation_final_Julia Tielke.pdf
Size
4.09 MB
Format
Adobe PDF
Checksum
(MD5):ac96a86a1436ffcbcfdf11d70b5032c0