Development of research on graphene-based nanofluids as heat carriers in direct absorption solar collectors

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

This study considers the potential application of graphene nanofluid as a heat transfer medium in direct absorption solar collectors. It is found that graphene nanofluid has superior absorption ability in interaction with monochromatic (520 nm) and near infrared radiation. The use of graphene nanofluid as working fluid compared to distilled water in the direct absorption solar collector increased its efficiency even at very low concentration of dispersed phase particles. However, in order to apply graphene nanofluid in energy systems as a working fluid, some issues need to be addressed, primarily related to its low stability and thermal instability.

About the authors

Q. T. Tran

National Research University “Moscow Power Engineering Institute”

Email: tranqth.96@gmail.com
Moscow, Krasnokazarmennaya, 14, 111250 Russia

I. A. Mikhailova

National Research University “Moscow Power Engineering Institute”

Moscow, Krasnokazarmennaya, 14, 111250 Russia

I. N. Pavlov

National Research University “Moscow Power Engineering Institute”

Moscow, Krasnokazarmennaya, 14, 111250 Russia

E. I. Ibragimova

National Research University “Moscow Power Engineering Institute”

Moscow, Krasnokazarmennaya, 14, 111250 Russia

References

  1. Sadeghi V., Baheri Islami S., Arsalani N. An experimental investigation of the effect of using non-Newtonian nanofluid-graphene oxide/aqueous solution of sodium carboxymethyl cellulose-on the performance of direct absorption solar collector // Scientia Iranica. 2020. V. 28. № 3. P. 1284–1297. https://doi.org/10.24200/SCI.2020.54994.4024
  2. Li Z., Kan A., Wang K., He Y., Zheng N., Yu W. Optical properties and photothermal conversion performances of graphene based nanofluids // Appl. Therm. Eng. 2022. V. 203. P. 117948. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2021.117948
  3. Cui L., Zhang P., Xiao Y., Liang Y., Liang H., Cheng Z., Qu L. High rate production of clean water based on the combined photo-electro-thermal effect of graphene architecture // Adv. Mater. 2018. V. 30. № 22. P. 1706805. https://doi.org/10.1002/adma.201706805
  4. Dmitriev A.S. Hybrid graphene nanocomposites: Thermal interface materials and functional energy materials // Graphene Production and Appl. IntechOpen. 2019. http://doi.org/10.5772/intechopen.89631
  5. Elsaid K., Abdelkareem M.A., Maghrabie H.M., Sayed E.T., Wilberforce T., Baroutaji A., Olabi A.G. Thermophysical properties of graphene-based nanofluids // Int. J. Thermofluids. 2021. V. 10. P. 100073. https://doi.org/10.1016/j.ijft.2021.100073
  6. Mei X., Sha X., Jing D., Ma L. Thermal conductivity and rheology of graphene oxide nanofluids and a modified predication model // Appl. Sci. 2022. V. 12. № 7. P. 3567. https://doi.org/10.3390/app12073567
  7. Ali I., Pakharukov Y.V., Shabiev F.K., et al. Preparation of graphene based nanofluids: Rheology determination and theoretical analysis of the molecular interactions of graphene nanoparticles // J. Mol. Liq. 2023. V. 390. P. 122954. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2023.122954
  8. Morozova M.A., Novopashin S.A. Influence of interfacial phenomena on viscosity and thermal conductivity of nanofluids // Int. J. Heat Mass Transf. 2019. V. 7. № 2. P. 151–165. https://doi.org/10.1615/InterfacPhenomHeatTransfer.2019031015
  9. Serebryakova M.A., Zaikovskii A.V., Sakhapov S.Z., et al. Thermal conductivity of nanofluids based on hollow γ-Al2O3 nanoparticles, and the influence of interfacial thermal resistance // Int. J. Heat Mass Transf. 2017. V. 108. 1314–1319. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2016.12.098
  10. Balaji T., Mohan Lal D., Selvam C. A critical review on the thermal transport characteristics of graphene-based nanofluids // 2023. Energies. V. 16. № 6. P. 2663. https://doi.org/10.3390/en16062663
  11. Chen L., Xu C., Liu J., Fang X., Zhang Z. Optical absorption property and photo-thermal conversion performance of graphene oxide/water nanofluids with excellent dispersion stability // Sol. Energy. 2017. V. 148. P. 17–24. https://doi.org/10.1016/j.solener.2017.03.073
  12. Otanicar T.P., Phelan P.E., Prasher R.S., Rosengarten G., Taylor R.A. Nanofluid-based direct absorption solar collector // J. Renew. Sustainable Energy. 2010. V. 2. № 3. P. 033102. https://doi.org/10.1063/1.3429737
  13. Parvin S., Nasrin R., Alim M.A. Heat transfer and entropy generation through nanofluid filled direct absorption solar collector // Int. J. Heat Mass Transf. 2014. V. 71. P. 386–395. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2013.12.043
  14. Khalil A., Amjad M., Noor F., et al. Performance analysis of direct absorption-based parabolic trough solar collector using hybrid nanofluids // J. Braz. Soc. Mech. Sci. Eng. 2020. V. 42. P. 573. https://doi.org/10.1007/s40430-020-02654-2
  15. Zeiny A., Jin H., Bai L., Lin G., Wen D. A comparative study of direct absorption nanofluids for solar thermal applications // Sol. Energy. 2018. Vol. 161. P. 74–82. https://doi.org/10.1016/j.solener.2017.12.037
  16. Zheng N., Yan F., Wang L., Sun Z. Photo‐thermal conversion performance of mono MWCNT and hybrid MWCNT‐TiN nanofluids in direct absorption solar collectors // Int. J. Energy Res. 2022. V. 46. № 6. P. 8313–8327. https://doi.org/10.1002/er.7730
  17. Li Z., Kan A., Wang K., et al. Optical properties and photothermal conversion performances of graphene based nanofluids // Appl. Therm. Eng. 2021. V. 203. P. 117948. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2021.117948
  18. Tran Q.T., Mikhailova I.A., Mikhailov V.V., Makarov P.G. Influence of the spectral composition of solar radiation on the heating and evaporation processes of graphene nanofluids // Sol. Energy. 2024. V. 282. P. 112977. https://doi.org/10.1016/j.solener.2024.112977
  19. Sadeghinezhad E., Togun H., Mehrali M., Sadeghi Nejad P., Tahan Latibari S., Abdulrazzaq T., et al. An experimental and numerical investigation of heat transfer enhancement for graphene nanoplatelets nanofluids in turbulent flow conditions // Int. J. Heat Mass Transf. 2015. V. 81. P. 41–51. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2014.10.006
  20. Ghozatloo A., Rashidi A., Shariaty-Niassar M. Convective heat transfer enhancement of graphene nanofluids in shell and tube heat exchanger // Exp. Therm. Fluid Sci. 2014. V. 53. P. 136–141. https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2013.11.018
  21. Дмитриев А.С., Клименко А.В. Преобразование солнечного излучения в пар – новые возможности на основе наноматериалов // Теплоэнергетика. 2020. № 2. C. 3–19. https://doi.org/10.1134/S0040363620020010
  22. Дмитриев А.С., Клименко А.В. Перспективы использования двумерных наноматериалов в энергетических технологиях // Теплоэнергетика. 2023. № 8. C. 3–26. https://doi.org/10.56304/S0040363623080015
  23. Nguyen T.T., Nguyen V.P., Phan H.K., et al. Carbon nanomaterial-based nanofluids for direct thermal solar absorption // Nanomaterials. 2020. V. 10. № 6. P. 1199. https://doi.org/10.3390/nano10061199
  24. Заварицкая Т.Н., Мельник Н.Н., Пудонин Ф.А., Шерстнев И.А. Многослойная графеновая структура углерода в короткопериодных сверхрешетках / // Письма в ЖЭТФ. 2016. Т. 103. № 5. С. 385–388. https://doi.org/10.7868/S0370274X16050106
  25. Цветков Ф.Ф. Задачник по тепломассообмену: учебное пособие / Ф.Ф. Цветков, Р.В. Керимов, В.И. Величко. 2-е изд., исправ. и доп. М.: Издательский дом МЭИ. 2008. 196 с., ил.
  26. Chan K.T., Dmitriev A.S., Mikhailova I.A., Makarov P.G. Study of heating and evaporation of rotating graphene nanofluid under the influence of solar radiation // Therm. Eng. 2024. V. 71. P. 452–464. https://doi.org/10.1134/S0040601524050045
  27. Фальковский Л.А. Оптические свойства графена и полупроводников типа A4B6 // Успехи физических наук. 2008. Т. 178. № 9. С. 923–934. https://doi.org/10.3367/UFNr.0178.200809b.0923

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».