Evaluation Of Thermophysical Properties, Friction Factor And Heat Transfer Of Alumina Nanofluid Flow In Tubes

Nu
d
 
76 
 
 
 

---

xv 
 
 
ACKNOWLEDGEMENTS 
 
I  would  first  like  to  thank  the  University  of  North  Dakota  for  providing  me  with  an 
excellent opportunity to pursue my Master’s program. I would like to thank my advisor 
Dr. Clement Tang for his continual support as well as his guidance in the contents of the 
research  which  led  to  the  timely  completion  of  my  thesis.  Dr.  Tang  has  given  me  vast 
amount of ideas to conduct research efficiently for which I will be highly indebted to him 
throughout my life. I am very much indebted to the Professor Forrest Ames and Professor 
Nanak  Grewal  their  continual  guidance  and  encouragement  for  the  time  during  my 
master’s program. 
I also would like to acknowledge Matthew Cox for his continual efforts and help during 
the research. I would like to thank John Roche of Emerson Rosemount for donating three 
pressure transducers which were critical for the outcome of this research.  
I  would  also  like  to  thank  my  family  members,  my  mother  Shanta  Tiwari,  my  sister 
Samriddi Tiwari and my brother in law Sushil Joshi whose continual emotional support 
has  helped  me  to  stay  focused  and  organized.    I  am  very  much  grateful  to  my  friend 
Samira Kharel for her continuous encouragement and help.  Finally I would like to thank 
Gary  Dubuque,  Jay  Evenstad  and  Teri  Berg,  staff  of  the  Department  of  Mechanical 
Engineering, University of North Dakota for their continuous help. 

---

xvi 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
In Loving Memory of my father, Dr. Dirgha Nidhi Tiwari 
 
 

---

xvii 
 
 
ABSTRACT 
 
Various thermophysical properties, fluid flow parameter and heat transfer characteristics 
were measured for nanofluid with 6% volume concentration of solid Al
2
O
3 
nanoparticles 
in  water.  Thermal  conductivity  measurements  showed  that  there  is  a  definite 
enhancement in thermal conductivity of the nanofluid compared to that of water. At 7°C, 
the enhancement was 16% which decreased to 6.96% at 50°C.  
The  viscosity  measurements  of  the  6%  volume  concentration  Al
2
O
3
/water  nanofluid 
showed that its viscosity is higher by a factor of 1.25 to 10.24 than the viscosity of water.  
Also the measurements of the viscosity of different volume concentration of Al
2
O
3
/water 
nanofluid  showed  that,  the  viscosity  decreases  as  the  volume  concentration  decreases. 
The  plot  between  the  shear  stress  and  strain  rate  for  the  6%  volume  concentration 
Al
2
O
3
/water  nanofluid  showed  that  it  is  a  Newtonian  fluid  for  the  range  of  strain  rate 
between 6–122 s
−1
.  Several readings of viscosity were taken by subjecting the nanofluid 
to  heating  and  cooling  cycle.  It  was  found  that  above  62.65°C,  the  6%  volume 
concentration  Al
2
O
3
/water  nanofluid  experiences  an  irrecoverable  increase  in  viscosity 
and  when  cooled  from  beyond  this  temperature,  a  hysteresis  effect  on  the  viscosity  is 
seen.  
The friction factor results for laminar flow for the 6% volume concentration Al
2
O
3
/water 
nanofluid  showed  that  it  matches  the  value  given  by  the  Hagen-Poiseulle  equation 

---

xviii 
 
(
f
 = 64/
Re
).  The  transition  from  laminar  flow  to  turbulent  was  found  to  occur  at  a 
Reynolds number of approximately 1500.  
The  convective  heat  transfer  results  were  in  agreement  with  that  proposed  by  the 
Lienhard  correlation  (Lienhard  and  Lienhard,  2008).  For  fully  developed  laminar  flow, 
the  Nusselt  number  under  constant  heat  flux  condition  was  found  to  be  within  ±7%  of 
4.36.  In  the  laminar  flow  regime,  the  Nusselt  numbers  for  thermally  developing  flow 
were within ±10% of the value calculated from the Lienhard correlation.  
 
 

---

xix 
 
 
NOMENCLATURE 
 
A