Kontroversi gerak Brown pada nanofluida

Read Also

Sebuah paper berjudul “Discussion of proposed mechanisms of thermal conductivity enhancement in nanofluids” (C. Nie, et.al., 2008) memberikan informasi bahwa pengaruh yang diberikan oleh gerak nanopartikel Brownian terhadap konduktivitas panas dari system nanofluida sangat kecil untuk dapat meningkatkan nilai konduktivitas panas nanofluida tersebut. Berdasarkan “Green-Kubo linear response theory”, mereka menggunakan persamaan eksak untuk vector fluks panas dari sistem “base fluid” dan nanopartikel untuk memperkirakan kontribusi dari gerak nanopartikel Brownian terhadap konduktivitas panas. Selain itu, mereka menemukan pula bahwa kemungkinan konveksi yang disebabkan oleh partikel-partikel Brownian adalah tidak wajar. Mereka sudah memperkirakan “mean free path” dan “transition speed of phonons” di dalam nanofluida melalui “density functional theory”. Mereka menemukan sebuah “layer structure” dapat terbentuk di sekitar nanopartikel dan struktur tersebut lebih jauh tidak menginduksi “fluid-fluid phasse transition” di dalam “bulk fluid”. Dengan menganalisis sifat kompresibilitas dari fluida, mereka juga telah menginvestigasi kelajuan gelombang bunyi di dalam nanofluida. Untuk model-model dari “asymmetric hard sphere mixture” yang mewakili nanopartikel sferis yang tunggal dan campuran dari batang dan bola pejal yang mewakili “aggregates”, keduanya mengendap di dalam fluida, mereka menemukan bahwa untuk kasus-kasus fraksi volume yang sangat rendah, sifat kompresibilitas sedikit berubah. Hal ini, menurut para peneliti tersebut, menunjukkan bahwa kelajuan dari transisi phonon tidak berubah karena penambahan nanopartikel dengan beragam jenisnya. Hasil yang mereka peroleh ini juga  menunjukkan bahwa, di samping kenaikan karena tingginya konduktivitas panas dari nanopartikel itu sendiri, molekul-molekul fluida tidak memberikan kontribusi yang nyata terhadap kenaikan kondutivitas panas untuk fraksi volume nanopartikel yang lebih kecil daripada 5%.

Sumber:

International Journal of Heat and Mass Tranfer, Volume 51, Issues 5-6, Maret 2008, Pages 1342 – 1348.

Nanofluida yang sedang dibahas ini didefinisikan sebagai suatu system koloid dari partikel-partikel berukuran nanometer, entahkah partikel-partikel yang bersifat logam atau oksida, yang dilarutkan di dalam “traditional coolants” seperti air atau gas. Sifat paling menonjol yang menarik perhatian kalangan industri adalah naiknya konduktivitas panas dan koefisien-koefisien transfer panas yang diamati di dalam larutan nanofluida tersebut. Sementara sifat yang demikian telah diamati secara eksperimen oleh beberapa kelompok penelitian di beberapa belahan dunia, mekanisme “transport” dan “shear” masih hangat diperdebatkan oleh para ilmuwan. Sebagian alasan untuk perdebatan tersebut adalah bahwa rumitnya interaksi kimia yang terjadi pada permukaan nanopartikel belum teridentifikasi dan terkait dengan mekanisme transport. Dari sudut pandang kerumitan ini, J. Eapen dan S. Yip, dua ilmuwan dari MIT, melakukan simulasi-simulasi dinamis molekuler terhadap sebuah model dari system nanofluid yang terdiri dari “xenon” dan “platinum clusters” untuk menganalisis perilaku transport panas nanofluida. Simulasi menunjukkan adanya fluktuasi energi potensial yang relative besar yang meningkatkan konduktivitas panas efektif dari system nanofluida. Mode transport yang demikian itu, menurut mereka, menjelaskan beberapa pengamatan yang membingungkan di dalam nanofluida seperti kenaikan konduktivitas panas terhadap temperature dan kebergantungannya terhadap ukuran nanopartikel.

Sementara itu, ada sebuah paper lain berjudul “Temperature Dependence of Thermal Conductivity of Nanofluids”, yang ditulis oleh Li Yua-Hua, et.al.(2008), para peneliti dari Institute of Engineering Thermophysics, Chinese Academy of Science, Beijing. Mereka sudah menganalisis dan menghitung mekanisme konduktivitas panas nanofluida, dengan melibatkan pengaruh gerak Brown, “particle agglomeration” dan viscosity, yang secara bersamaan dipengaruhi oleh temperature. Hasil yang sudah mereka dapatkan menunjukkan bahwa tidak cukup hanya gerak Brown saja yang digunakan untuk menjelaskan kebergantungan konduktivitas panas nanofluida terhadap temperature. Perubahan dari “particle agglomeration” dan viskositas sebagai fungsi temperature adalah juga factor-faktor yang penting. Ketika temperature bertambah, “reduction” dari energi permukaan partikel akan mengurangi “agglomeration” dari nanopartikel, dan “reduction” dari viskositas akan meningkatkan gerak Brown. Untungnya, hasil yang mereka peroleh itu cukup sesuai dengan data hasil eksperimen.

Paper yang kedua diambil dari Chinese Phy. Letter. 25 3319 – 3322 (2008).