Heterogeneous nanofluids: natural convection heat transfer enhancement

Convective heat transfer using different nanofluid types is investigated. The domain is differentially heated and nanofluids are treated as heterogeneous mixtures with weak solutal diffusivity and possible Soret separation. Owing to the pronounced Soret effect of these materials in combination with a considerable solutal expansion, the resulting solutal buoyancy forces could be significant and interact with the initial thermal convection. A modified formulation taking into account the thermal conductivity, viscosity versus nanofluids type and concentration and the spatial heterogeneous concentration induced by the Soret effect is presented. The obtained results, by solving numerically the full governing equations, are found to be in good agreement with the developed solution based on the scale analysis approach. The resulting convective flows are found to be dependent on the local particle concentration φ and the corresponding solutal to thermal buoyancy ratio N. The induced nanofluid heterogeneity showed a significant heat transfer modification. The heat transfer in natural convection increases with nanoparticle concentration but remains less than the enhancement previously underlined in forced convection case

Caractérisation structurale, propriétés d'échange et stabilité de matériaux de type hydrocalumite [Ca2M(OH)6]+[Xn 1/n. xH2O]- avec M=Al, Fe, et Sc et X=SO4, CrO4, V2O7 et SiO3

This study investigated the structures of the LDH phases, also called hydrocalumite.Nous avons réalisé dans ce travail une étude structurale de composés HDL de type hydrocalumite [Ca2M(OH)6]+[Xn 1/n . xH2O]- avec M=métal trivalent et X=anion, que nous écrivons en notation abrégée [Ca2-M-X]. L'étude de ces composés se révèle intéressante pour l'analogie qui existe avec les phases cimentaires AFm. Nous avons tout d'abord entrepris d'examiner les propriétés d'échange de ces phases notamment l'incorporation d'oxoanions solubles en milieu basique tels que SO4, CrO4, V2O7 et SiO3. L'étude par diffraction des rayons X montre un phénomène de "greffage" partiel des oxoanions sur le feuillet hydroxyde. L'étude de l'ordre local par les spectrométries d'absorption des rayons X au différents seuils K d'absorption (V, Cr et Fe) enregistrés in situ et Mössbauer du 57Fe, a permis une meilleure compréhension de l'évolution structurale de ces matériaux en température. Ils sont plus stables que leurs homologues dans le système hydrotalcite. L'étude spécifique de la phase [Ca2-Fe-CrO4] par absorption des rayons X révèle d'une part un plissement important du feuillet hydrocalumite dès l'ambiante et d'autre part le passage du cation Fe3+ d'un environnement octaédrique à un environnement tétraédrique à 175 ° C. Une étude de la stabilité de la phase monosulfate [Ca2AI(OH)6.1/2 SO4 2-. 2H2O] en condition de coprécipitation (pH = 11.5 et T = 65° C) à d'autre part été réalisée montrant notamment une conversion AFt (ettringite)-monosulfate qui rappelle celle observée dans les ciments. Une étude par spectrométrie Raman de la phase AFt a permis d'obtenir des informations précises sur la symétrie des anions sulfate et la nature du réeau de liaisons hydrogène. Finalement, nous avons montré que l'hydrocalumite pouvait aussi incorporer des cations dans le feuillet hydroxyde par substitution des ions M3+. La résolution structurale de la phase [Ca2-Sc-CI] par la méthode de Rietveld à partir des données de diffraction de rayons X sur poudre, montre une distorsion très importante de l'octaèdre Sc(OH)6 et une flexibilité importante du feuillet, certainement liée à la présence du calcium qui par sa coordinence 6+1 s'accommode d'un environnement très variable et permet ainsi une mise en ordre plus aisée des cation

Caractérisation structurale, propriétés d'échange et stabilité de matériaux de type hydrocalumite [Ca2M(OH)6]+[Xn 1/n. xH2O]- avec M=Al, Fe, et Sc et X=SO4, CrO4, V2O7 et SiO3

Nous avons réalisé dans ce travail une étude structurale de composés HDL de type hydrocalumite [Ca2M(OH)6]+[Xn 1/n . xH2O]- avec M=métal trivalent et X=anion, que nous écrivons en notation abrégée [Ca2-M-X]. L'étude de ces composés se révèle intéressante pour l'analogie qui existe avec les phases cimentaires AFm. Nous avons tout d'abord entrepris d'examiner les propriétés d'échange de ces phases notamment l'incorporation d'oxoanions solubles en milieu basique tels que SO4, CrO4, V2O7 et SiO3. L'étude par diffraction des rayons X montre un phénomène de "greffage" partiel des oxoanions sur le feuillet hydroxyde. L'étude de l'ordre local par les spectrométries d'absorption des rayons X au différents seuils K d'absorption (V, Cr et Fe) enregistrés in situ et Mössbauer du 57Fe, a permis une meilleure compréhension de l'évolution structurale de ces matériaux en température. Ils sont plus stables que leurs homologues dans le système hydrotalcite. L'étude spécifique de la phase [Ca2-Fe-CrO4] par absorption des rayons X révèle d'une part un plissement important du feuillet hydrocalumite dès l'ambiante et d'autre part le passage du cation Fe3+ d'un environnement octaédrique à un environnement tétraédrique à 175 C. Une étude de la stabilité de la phase monosulfate [Ca2AI(OH)6.1/2 SO4 2-. 2H2O] en condition de coprécipitation (pH = 11.5 et T = 65 C) à d'autre part été réalisée montrant notamment une conversion AFt (ettringite)-monosulfate qui rappelle celle observée dans les ciments. Une étude par spectrométrie Raman de la phase AFt a permis d'obtenir des informations précises sur la symétrie des anions sulfate et la nature du réeau de liaisons hydrogène. Finalement, nous avons montré que l'hydrocalumite pouvait aussi incorporer des cations dans le feuillet hydroxyde par substitution des ions M3+. La résolution structurale de la phase [Ca2-Sc-CI] par la méthode de Rietveld à partir des données de diffraction de rayons X sur poudre, montre une distorsion très importante de l'octaèdre Sc(OH)6 et une flexibilité importante du feuillet, certainement liée à la présence du calcium qui par sa coordinence 6+1 s'accommode d'un environnement très variable et permet ainsi une mise en ordre plus aisée des cationsCLERMONT FD-BCIU Sci.et Tech. (630142101) / SudocSudocFranceF

Mixed convection in a channel partially filled with metal foam blocks

The present work is a numerical simulation of the mixed convection of an incompressible fluid in a horizontal channel under sun radiation partially filled with metal foam blocks. The Darcy-Brinkman model is adopted. The control volume approach is used to solve the motion and energy equations governing mixed convection. The study focuses on the effect of certain control parameters such as the Rayleigh number (Ra), the thermal conductivity ratio and the porosity on the flow structure and heat transfer. Indeed, the results for flow structures and temperature distribution are presented in the form of velocity fields with streamtraces and isotherms, while the average Nusselt number (Nu) is used to quantify heat transfer

Mixed convection in a channel partially filled with metal foam blocks

The present work is a numerical simulation of the mixed convection of an incompressible fluid in a horizontal channel under sun radiation partially filled with metal foam blocks. The Darcy-Brinkman model is adopted. The control volume approach is used to solve the motion and energy equations governing mixed convection. The study focuses on the effect of certain control parameters such as the Rayleigh number (Ra), the thermal conductivity ratio and the porosity on the flow structure and heat transfer. Indeed, the results for flow structures and temperature distribution are presented in the form of velocity fields with streamtraces and isotherms, while the average Nusselt number (Nu) is used to quantify heat transfer

A Raman study of the sulfated cement hydrates: ettringite and monosulfoaluminate

International audienceEttringite (the AFt Ca6Al2(OH)12·(SO4)3·26H2O compound) and monosulfoaluminate (the AFm Ca4Al2(OH)12·SO4·6H2O compound) phases were synthesised by the coprecipitation method and studied by micro-Raman spectroscopy. Hydrogen bond network, involving sulfate anions, ensures the cohesion of the structure of these two compounds; the columnar struture of ettringite as well as the lamellar structure of monosulfoaluminate. Raman spectroscopy has been used as a probe to investigate mainly the inter-columnar and the inter-lamellar regions of the structures. Raman spectra allowed the characterization of the local environment of sulfate anions and the hydrogen bond networks. A significant asset brought by Raman spectroscopy is the ability to work on hydrated cement products without specific sample preparation; i.e. without a risk to dammage these hydrated compounds. Several examples of the possibilities brought by Raman spectroscopy in cement chemistry are given in this paper. A space group redetermination of the ettringite structure was performed on the basis of the point symmetry of sulfate tetrahedra. The inter-columnar region of ettringite was compared to the inter-lamellar region of monosulfoaluminate as these two structural parts contain the same species. The thermal behaviors at the beginning of the dehydration (up to 390 K) and the iron substitution in ettringite were also investigated