ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НАНОЖИДКОСТИ AL₂O₃ НА ОСНОВЕ СМЕСИ ЭТИЛЕНГЛИКОЛЯ И ВОДЫ (40:60) ДЛЯ ГЕОТЕРМАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ

В данной работе представлены результаты экспериментального исследования теплофизических свойств наножидкости Al₂O₃–ЭГ:вода в контексте ее применения в геотермальных тепловых насосах. Эксперимент проводился при температурах от 0 до 10 °C и концентрациях наночастиц 1, 3 и 5 об.%. Измерения показали, что при концентрации 1 об.% теплопроводность увеличивается на 8,2%, при 3 об.% – на 17,4%, а при 5 об.% – на 27% по сравнению с базовым раствором ЭГ:вода (40:60). Однако вязкость при 5 об.% возросла на 45%, что приводит к увеличению гидродинамических потерь. Оптимальная концентрация 3 об.% обеспечивает повышение теплопроводности на 17,4% при росте вязкости всего на 21%, что является компромиссом между эффективностью теплопередачи и насосными затратами. Вычисленный критерий эффективности (PEC) подтверждает, что наилучший баланс достигается при 3 об.% Al₂O₃, где PEC = 0,5. Дальнейшие исследования должны учитывать влияние наночастиц на коррозию, долговременную стабильность и взаимодействие с элементами системы. Полученные результаты могут способствовать разработке более эффективных теплоносителей для геотермального отопления и снижения энергопотребления тепловых насосов.

1. Statista. Global geothermal power capacity 2009–2023 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.statista.com/statistics/476281/global-capacity-of-geothermal-energy/, свободный. – (Дата обращения: 05.03.2025).

2. IRENA. Global geothermal market and technology assessment [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.irena.org/Publications/2023/Feb/Global-geothermal-market-and-technology-assessment, свободный. – (Дата обращения: 05.03.2025).

3. ThinkGeoEnergy. ThinkGeoEnergy’s top 10 geothermal countries 2023 – power generation capacity [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.thinkgeoenergy.com/thinkgeoenergys-top-10-geothermal-countries-2023-power-generation-capacity, свободный. – (Дата обращения: 05.03.2025).

4. Liu X., Falcone G., Alimonti C. A systematic study of harnessing low-temperature geothermal energy from oil and gas reservoirs //Energy. – 2018. – Т. 142. – С. 346-355.

5. Kamila Z., Kaya E., Zarrouk S. J. Reinjection in geothermal fields: An updated worldwide review 2020 //Geothermics. – 2021. – Т. 89. – С. 101970.

6. Igwe C. I. Geothermal energy: a review //Int. J. Eng. Res. Technol.(IJERT). – 2021. – Т. 10. – С. 655-661.

7. Nian Y. L., Cheng W. L. Insights into geothermal utilization of abandoned oil and gas wells //Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2018. – Т. 87. – С. 44-60.

8. Cheng W. L. et al. Enhancing geothermal power generation from abandoned oil wells with thermal reservoirs //Energy. – 2016. – Т. 109. – С. 537-545.

9. Yerdesh Y. et al. Experimental and theoretical investigations of a ground source heat pump system for water and space heating applications in Kazakhstan //Energies. – 2022. – Т. 15. – №. 22. – С. 8336.

10. Yu W. et al. Investigation of thermal conductivity and viscosity of ethylene glycol based ZnO nanofluid //Thermochimica Acta. – 2009. – Т. 491. – №. 1-2. – С. 92-96

11. Khdher A. M. et al. An experimental determination of thermal conductivity and electrical conductivity of bio glycol based Al2O3 nanofluids and development of new correlation //International Communications in Heat and Mass Transfer. – 2016. – Т. 73. – С. 75-83.

12. Gangwar J. et al. Strong enhancement in thermal conductivity of ethylene glycol-based nanofluids by amorphous and crystalline Al2O3 nanoparticles //Applied Physics Letters. – 2014. – Т. 105. – №. 6.

13. Sundar L. S. et al. Thermal conductivity and viscosity of stabilized ethylene glycol and water mixture Al2O3 nanofluids for heat transfer applications: An experimental study //International Communications in Heat and Mass Transfer. – 2014. – Т. 56. – С. 86-95.

14. Peng H., Ding G., Hu H. Influences of refrigerant-based nanofluid composition and heating condition on the migration of nanoparticles during pool boiling. Part II: model development and validation //International journal of refrigeration. – 2011. – Т. 34. – №. 8. – С. 1833-1845.

15. Kapicioglu A. Energy and exergy analysis of a ground source heat pump system with a slinky ground heat exchanger supported by nanofluid //Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. – 2021. – С. 1-14.

16. Tarodiya R., Verma V., Thangavel S. A study on utilization of ground source energy for space heating using a nanofluid as a heat carrier //Heat Transfer. – 2021. – Т. 50. – №. 4. – С. 3842-3860.

17. Tetiana R., Myroslava K., Ivan S. The Efficiency of Nanofluid Use in the Heat Supply System of a House with a Geothermal Heat Pump //2021 IEEE 11th International Conference Nanomaterials: Applications & Properties (NAP). – IEEE, 2021. – С. 1-4.

18. Hamid K. A. et al. Investigation of Al2O3 nanofluid viscosity for different water/EG mixture based //Energy Procedia. – 2015. – Т. 79. – С. 354-359.