This paper reports an experimental work on the convective heat transfer of nanofluids, made of γ-Al2O3 nanoparticles and de-ionized water, flowing through a copper tube in the laminar flow regime. The results showed considerable enhancement of convective heat transfer using the nanofluids. The enhancement was particularly significant in the entrance region, and was much higher than that solely due to the enhancement on thermal conduction. It was also shown that the classical Shah equation failed to predict the heat transfer behaviour of nanofluids. Possible reasons for the enhancement were discussed. Migration of nanoparticles, and the resulting disturbance of the boundary layer were proposed to be the main reasons.

This paper is mainly concerned about the heat transfer behaviour of aqueous suspensions of multi-walled carbon nanotubes (CNT nanofluids) flowing through a horizontal tube. Significant enhancement of the convective heat transfer is observed and the enhancement depends on the flow conditions (Reynolds number, Re), CNT concentration and the pH, with the effect of pH smallest. Given other conditions, the enhancement is a function of axial distance from the inlet, increasing first, reaching a maximum, and then decreasing with increasing axial distance. The axial position of the maximum enhancement increases with CNT concentration and Re. Given CNT concentration and the pH level, there appears to be a Re above which a big increase in the convective heat transfer coefficient occurs. Such a big increase seems to correspond to the shear thinning behaviour. For nanofluids containing 0.5 wt.% CNTs, the maximum enhancement reaches over 350% at Re = 800, which could not be attributed purely to the enhanced thermal conduction. Particle re-arrangement, shear induced thermal conduction enhancement, reduction of thermal boundary due to the presence of nanoparticles, as well as the very high aspect ratio of CNTs are proposed to be possible mechanisms.

This article reports on the International Nanofluid Property Benchmark Exercise, or INPBE, in which the thermal conductivity of identical samples of colloidally stable dispersions of nanoparticles or “nanofluids,” was measured by over 30 organizations worldwide, using a variety of experimental approaches, including the transient hot wire method, steady-state methods, and optical methods. The nanofluids tested in the exercise were comprised of aqueous and nonaqueous basefluids, metal and metal oxide particles, near-spherical and elongated particles, at low and high particle concentrations. The data analysis reveals that the data from most organizations lie within a relatively narrow band (±10% or less) about the sample average with only few outliers. The thermal conductivity of the nanofluids was found to increase with particle concentration and aspect ratio, as expected from classical theory. There are (small) systematic differences in the absolute values of the nanofluid thermal conductivity among the various experimental approaches; however, such differences tend to disappear when the data are normalized to the measured thermal conductivity of the basefluid. The effective medium theory developed for dispersed particles by Maxwell in 1881 and recently generalized by Nan et al. [J. Appl. Phys. 81, 6692 (1997)], was found to be in good agreement with the experimental data, suggesting that no anomalous enhancement of thermal conductivity was achieved in the nanofluids tested in this exercise.

This work aims at a more fundamental understanding of the rheological behaviour of nanofluids and the interpretation of the discrepancy in the recent literature. Both experiments and theoretical analyses are carried out with the experimental work on ethylene glycol (EG)-based nanofluids containing 0.5–8.0 wt% spherical TiO2 nanoparticles at 20–60 °C and the theoretical analyses on the high shear viscosity, shear thinning behaviour and temperature dependence. The experimental results show that the EG-based nanofluids are Newtonian under the conditions of this work with the shear viscosity as a strong function of temperature and particle concentration. The relative viscosity of the nanofluids is, however, independent of temperature. The theoretical analyses show that the high shear viscosity of nanofluids can be predicted by the Krieger–Dougherty equation if the effective nanoparticle concentration is used. For spherical nanoparticles, an aggregate size of approximately 3 times the primary nanoparticle size gives the best prediction of experimental data of both this work and those from the literature. The shear thinning behaviour of nanofluids depends on the effective particle concentration, the range of shear rate and viscosity of the base liquid. Such non-Newtonian behaviour can be characterized by a characteristic shear rate, which decreases with increasing volume fraction, increasing base liquid viscosity, or increasing aggregate size. These findings explain the reported controversy of the rheological behaviour of nanofluids in the literature. At temperatures not very far from the ambient temperature, the relative high shear viscosity is independent of temperature due to negligible Brownian diffusion in comparison to convection in high shear flows, in agreement with the experimental results. However, the characteristic shear rate can have strong temperature dependence, thus affecting the shear thinning behaviour. The theoretical analyses also lead to a classification of nanofluids into dilute, semi-dilute, semi-concentrated and concentrated nanofluids depending on particle concentration and particle structuring.

In this work, ZnO nanofluids were produced by a medium mill with a pH value of about 7.2 and characterized by Nano-Sizer and SEM. After milling, ZnO nanofluids were formed with an average particle size of ∼198.4 nm. The ZnO nanofluids used for testing were stored for different periods (1-, 90- and 120-day) and kept in different conditions (under the light and in the dark). The antibacterial activities of these ZnO nanofluids were evaluated by estimating the reduction ratio of the bacteria treated with ZnO. The results showed that the ZnO nanofluid stored for 120 days under the light had the best antibacterial behavior against Escherichia coli DH5α. SEM images suggest that an interaction between the ZnO particles and the E. coli bacteria cells caused by electrostatic forces might be a mechanism.

Ethylene glycol based nanofluids containing titania nanoparticles up to 8 wt% show the Newtonian behaviour over a shear rate range of 0.5–104 s−1 at 293–333 K. The shear viscosity of the nanofluids (η) depends strongly on temperature and particle concentration (φ). The normalized shear viscosity with respect to the based liquid viscosity (η0) is found to be independent of temperature and can be given as η/η0 − 1 = 10.6φ + (10.6φ)2. Such rheological behaviour is explained by the aggregation mechanism. A combination of the aggregation mechanism with the Maxwell and Bruggeman models gives a good prediction of the effective thermal conductivity of the nanofluids.

This work is concerned with the effective thermal conductivity of aqueous suspensions of multiwalled carbon nanotubes (nanofluids). Stable nanofluids were made using sodium dodecylbenzene sulfonate as the dispersant. The effects of concentration of carbon nanotubes and temperature on effective thermal conductivity were investigated. It was found that effective thermal conductivity increased with increasing concentration of carbon nanotubes, and the dependence was nonlinear even at very low concentrations, which was different from the results for metal/metal oxide nanofluids. The effective thermal conductivity increased with increasing temperature, and the dependence was also nonlinear. At temperatures lower than ∼30 ◦ C, approximately linear dependence of the thermal conductivity enhancement on temperature was seen, but the dependence tended to level off above ∼30◦C. A comparison between the results of this work and those of published studies showed a large discrepancy in the effective thermal conductivity of carbon nanotube nanofluids. Differences in the interfacial resistances and thermal conductivities of carbon nanotubes used in these studies were proposed to be the main reasons. The experimental results were also compared with some classical macroscopic models for thermal conductivity of homogenous mixtures containing micrometer- or millimeter-sized particles. It was shown that the macroscopic models were inadequate for the prediction of the effective thermal conductivity of nanofluids. Analysis of possible mechanisms for thermal conduction enhancement suggested that networking of carbonnanotubes was likely to be responsible for the observed high effective thermal conductivity of carbon-nanotube nanofluids. Experiments at a temperature above 60‐70 ◦ C showed that the dispersant failed, which led to destabilization of nanofluids.