بررسی ضریب انتقال جرم نانوسیال سیلیکا به روش الکتروشیمی در لوله مدور

در این پژوهش انتقال جرم در نانوسیال الکترولیتی درون لوله مدور مستقیم افقی در جریان آرام و درهم کاملاً توسعه یافته هیدرودینامیکی و در حال توسعه غلظتی به روش الکتروشیمیایی بررسی شده است. در این پژوهش از نانوذره اکسید سیلیکا با قطر متوسط 13-7 نانومتر برای ساخت نانوسیال استفاده شده است. محلول الکترولیت شامل فرو-فری سیانید و سدیم هیدرواکسید می باشد. از روش جریان حدی برای اندازه گیری ضریب انتقال جرم نانوسیال بطور مستقیم استفاده شده است و به منظور ایجاد کنترل کنندگی واکنش کاتدی اندازه کاتد بسیارکوچکتر از آند در نظر گرفته شده است، برای ساخت الکترود ها از جنس استیل 316 استفاده شده است. ضریب انتقال جرم اندازه گیری شده برای سیال پایه با روابط تئوری و تجربی مقایسه شده که خطای متوسط 2/18 درصد را برای جریان آرام و خطای متوسط 47/29 درصد را برای جریان درهم نشان داده است. نانوسیال با غلظت های حجمی بین 0002/0% تا 02/0% نیز مورد آزمایش قرار گرفته که ضریب انتقال جرم اندازه گیری شده در جریان درهم تفاوتی را با ضریب انتقال جرم در سیال پایه نشان نمی دهد. ولی در جریان آرام ضریب انتقال جرم در نانوسیال الکترولیتی با افزایش غلظت نانوذره ابتدا افزایش سپس کاهش را موجب می شود که در غلظت حجمی 005714/0% بیشترین افزایش را بمقدار متوسط 25/15 درصد نشان می دهد همچنین نتایج نشان دادند که ضریب انتقال جرم افزایش یافته با افزایش رینولدز کاهش می یابند. با توجه به اینکه نانوذرات بسیار کوچکتر از ضخامت لایه مرزی می باشند بنابرین توانایی حرکت در لایه مرزی غلظتی را دارا می باشند پس نانوذرات وارد فیلم غلظتی شده و به واسطه میکروجابجایی با ایجاد اختلاط ضخامت لایه مرزی را کاهش می دهد و موجب افزایش در انتقال جرم می شوند.همچنین حرکات بروانی نانوذرات نیز در نانوسیال موجب ایجاد میکرو جابجایی شده و نفوذ جرم را بطور غیر مستقیم تقویت می کند از طرف دیگر نانوذرات با جذب سطحی یون های فعال، به واسطه حرکت بروانی و همچنین با توجه به وجود نفوذ الکتروفرسیز یون های فعال تمایل دارند به سطح الکترود برسند و افزایش انتقال جرم را موجب شوند البته این مکانیسم ها فقط در جریان آرام موثر واقع شد زیرا در جریان درهم ادی ها و همچنین مهاجرت ذرات به واسطه گرادیان القایی برش نقش غالب را ایفا می کنند و نقش نانوذرات اکسید سیلیکا در جریان درهم کاهش می یابد. در غلظت های بالای نانوذرات، انتقال جرم کاهش یافته است که دلیل این کاهش را به این صورت می توان عنوان کرد که با افزایش غلظت تمایل نانوذرات به چسبیدن به هم افزایش می یابد و حالت کلوخه شدن در آنها ایجاد می شود که در این صورت با افزایش اندازه ذرات حرکات بروانی برای ذرات بزرگتر از حد نانو نقش خود را از دست داده و از طرف دیگر در غلظت های بالای نانوذرات، ذرات به صورت مانعی در برابر انتقال جرم در آمده و کاهش در انتقال جرم را موجب می شوند.