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

Figure 2.9. Schematic of experimental setup for measuring pressure drop and heat transfer, Yu et al. 
(2012). 
 
The pressure drop  experiment  was conducted for a maximum  Reynolds number of 460 
which  was  limited  due  to  the  high  viscosity  of  PAO  as  well  as  the  nanofluid.  They 
conducted  the  experiment  for  0.65%  vol.  and  1.3%  vol.  of  spherical  and  rod  shaped 

---

40 
 
particles, respectively. They found out that the nanofluids incur higher pressure drop than 
the  base  fluid  and  the  difference  get  higher  with  increasing  volume  concentration  of 
nanoparticles.  Also  the  pressure  drop  of  the  nanofluid  containing  non-spherical 
nanoparticles  was  found  to  be  always  greater  than  the  spherical  particles  for  the  same 
volume fraction. For medium to high Reynolds number (200−400), the friction factor for 
the nanofluids containing non spherical particles was seen to drop below than that given 
by Hagen-Poiseuille equation (
f
 
Re
 = 64). This is attributed to the strong alignment of the 
nanorods under the shear stress causing the effective viscosity of nanofluids to decrease 
in a manner similar to shear thinning. 
The convective heat transfer experiments were conducted for 0.65% vol. and 1.3% vol. of 
spherical  and  non-spherical  nanoparticles,  respectively.  The  local  heat  transfer 
coefficients  were  measured  at  5  axial  locations  for  Reynolds  numbers  of  350  and  490. 
They found out that the heat transfer of nanofluids is enhanced than that of the base fluid 
and  the  increment  increases  proportionally  to  Reynolds  number  and  the  loading  of 
nanoparticles.  The  local  Nusselt  number  are  plotted  against  a  dimensionless  parameter 
given by  
 
(2.30) 
 
They  found  out  that  for  spherical  nanoparticles,  the  prediction  for  the  local  Nusselt 
number  given  by  Shah-London  equation  closely  matched  their  experimental  data.  The 
Shah-London equation (Shah et al., 1978) is given as 

---

41 
 
 
(2.31) 
 
However,  for  non-spherical  particles,  the  local  Nusselt  number  vs.  the  dimensionless 
parameter initially follows the Shah-London equation and then drops rapidly with a slope 
much steeper than the theoretical curve.  
 
 

---

42 
 
 
CHAPTER III 
EXPERIMENTAL SETUP AND METHODOLOGY 
 
A  proper  and  sound  experimental  setup  is  necessary  to  minimize  the  measurement 
uncertainties  and  accurately  obtain  the  data.  There  has  been  different  speculation  by 
different authors regarding the thermophysical, fluid flow and heat transfer parameters of 
nanofluids. These differences may be caused by the method of measuring and obtaining 
the  data.  Therefore  a  sound  technique  of  measuring  different  parameters  of  the  fluid  is 
critical.  This  chapter  discusses  on  the  detailed  experimental  setup  of  obtaining  the 
thermal  conductivity,  viscosity,  pressure  drop,  and  heat  transfer  measurements.  The 
experimental  setup  is  divided  into  1)  temperature  control  system,  2)  viscosity 
measurements, 3) thermal conductivity measurement, 4) experimental loop, 5) instrument 
calibration,  6)  experimental  procedure  and  7)  experimental  uncertainties.  The 
experimental setup is fairly simple to operate and can be used to measure different types 
of fluids other than nanofluids. 
 
 

---

43