Madan Mohan Ghosh , Someshwar Roy, Shyamal Kumar Pabi , Sudipto Ghosh , and Sudipto Ghosh

1. A Molecular Dynamics-Stochastic Model for Thermal Conductivity of Nanofluids and Its Experimental Validation Madan Mohan Ghosh, Someshwar Roy, Shyamal Kumar Pabi, SudiptoGhosh, and SudiptoGhosh

2. Garisbesar • Mempelajarikarakteristik transfer panasselamatumbukannanopartikel-nanopartikeldenganbloksumberpanas(heat sink) • MenggunakanMolekularDinamikdan Model Stokastikuntukmensimulasikantumbukanberulangantarananopartikel Cu denganblok Cu (sumberpanas) karenagerakbrowniannanopartikel PPT by Heliokinesis

3. Formulasi Model • Molekulardinamikuntukmengestimasijumlahpertukaranpanasselamatumbukantunggalnanopartikeldengansumberpanas • Model Stokastikuntukmengestimasi transfer panasantarasumberpanasdanfluidakarenasejumlahbesartumbukan yang terjadi • Coupled MD-Stochastic Simulation PPT by Heliokinesis

4. Simulasi MD Evaluasipertukaranpanasselamatumbukannanopartikel-Cu denganblok-Cu (sumberpanas) secarakonduksimelalui transfer fonon

5. Simulasi MD • Interaksiinteratomik atom menggunakanpotensialLennard-Jones • Radius cutoff = 2 nm • Kecepatantumbukandivariasikandari 1 hingga 50 m/s (untukmelihatefekintensitastumbukanterhadappanas yang diambilolehnanopartikel) • Posisi dan kecepatan setiap atommenggunakanalgoritmaVerlet, dengan time step 10-14sekon • Ukuran Blok-Cu 1.781416 nm x 7.2302 nm x 7.2302 nm • Nanopartikeldiasumsikanberbentuk bola dengan diameter 4 atau 10 nm • (Inisialisasi) Sebelumsimulasi,suhunanopartikel-Cu diseimbangkanpada 298 – 358 K, danblok-Cu pada 370 K PPT by Heliokinesis

6. Simulasi MD • (inisialisasi)Jarakawal Blok-nanopartikeldijagapada 0.4 nm • Kecepatanpusatmasa Blok-Cu nol, sedangkanuntuknanopartikel-Cu samadengankecepatantumbukan • Blok-Cu hanyasegmenkecildarisumberpanasriil-nya (kawat metal THW) untukmenghindariwaktukomputasi yang lamadan error PPT by Heliokinesis

7. Simulasi MD • Tidakadainteraksipotensialpadasistem Cu-H-O. H2O hanyaberperandalammemberikanefekgayagesekselamatumbukan • Transfer panasantarasumberpanasdannanopartikelhanyaterjadiselamaperiodetumbukan PPT by Heliokinesis

8. Model StokastikdanRiwayatPanasNanopartikeldidalamNanofluida Cu-Air Evaluasi transfer panasantarasumberpanasdanfluidakarenasejumlahbesartumbukan

9. Model Stokastik • Model stokastik (probabilistik) untukmemprediksievolusiruangfase (trajectory & riwayat panas)nanopartikel yang mengalamigerakbrownian • Frekuensitumbukanbergantungpada parameter gerakbrownianseperti: • Suhudanviskositas base fluid • Ukurannanopartikeldll • Pertukaranpanasantarananopartikel – basefluid via konveksi, bergantungpada: • Perbedaansuhuantarananopartikel yang bergerakdenganbasefluid • Tumbukanantarpartikeldiabaikankarenaprobabilitasnyarendah PPT by Heliokinesis

10. Thermal Trajectory • Berdasarkanevolusiruangfase, variasi rata-rata suhu partikel terhadap waktu diestimasi dengan mengikuti prosedur: • Ketika nanopartikel bertumbukan dengan blok, nanopartikel mendapat panas dari blok melalui transfer fonon • Transfer panas konveksi terjadi antara nanopartikel dan fluida ketika partikel bergerak setelah tumbukan dengan blok PPT by Heliokinesis

11. Estimasi Peningkatan Konduktivitas Panas Nanofluida

12. Konduktivitas Panas • Peningkatan Konduktivitas diestimasi dari rasio transfer panas karena tumbukan dan transfer panas karena konduksi melalui basefluid. • . PPT by Heliokinesis

13. Konduktivitas Panas • Keberadaan nanopartikel pada jarak berbeda dari sumber panas berkonrtibusi pada peningkatan konduktivitas panas nanofluida, karena frekuensi tumbukan dan transfer panas rata-rata per tumbukannya berbeda PPT by Heliokinesis

14. Hasil dan Diskusi

15. Suhu • Suhu nanopartikel meningkat cepat seiring meningkatnya time step. • Semakin lama suhu nanopartikel semakin mendekati suhu blok • Energi panas yang diterima nanopartikel dihitung dari peningkatan temperaturnya PPT by Heliokinesis

16. Suhu • Peningkatan suhu nanopartikel karena tumbukan semakin kecil seiring dengan meningkatnya kecepatan tumbukan dan suhu awal nanopartikel. • Grafik di samping understandable karena ketika perbedaan suhu awal nanopartikel dan sumber anas semakin kecil, durasi tumbukan lebih pendek sehingga flux panas yang diterima nanopartikel semakin berkurang PPT by Heliokinesis

17. Suhu • Dibandingkan dengan grafik suhu vs time step untuk nanopartikel berukuran 4 nm, grafik ini lebih membutuhkan waktu komputasi yang lebih lama • Waktu komputasi lebih lama karena periode tumbukan lebih besar PPT by Heliokinesis

18. Suhu

19. Periode Tumbukan • Periode tumbukan semakin kecil sering dengan meningkatnya kecepatan tumbukan PPT by Heliokinesis

20. Konduktivitas Panas Note: ukuran nanopartikel model lebih kecil dari eksperimen • Untuk volum fraksi ≤0.3%, peningkatan konduktivitas panas yang diestimasi secara teoririk 25% lebih tinggi dari hasil eksperimen untuk Cu+H2O • Semakin kecil ukuran nanopartikel, semakin besar frekuensi tumbukannya, sehingga peningkatan konduktivitas panasnya lebih tinggi PPT by Heliokinesis

21. Referensi • Madan Mohan Ghosh, Someshwar Roy, Shyamal Kumar Pabi, Sudipto Ghosh, and Sudipto Ghosh. A Molecular Dynamics-Stochastic Model for Thermal Conductivity of Nanofluids and Its Experimental Validation. Journal ofNanoscience andNanotechnologyVol.10, 1–12, 2010 PPT by Heliokinesis