Investigation of Nano-lubricants for Refrigeration Systems for Urban Energy Resilience

يستمر التوسع الحضاري والمدني في النمو مما يتطلب زيادة استهلاك الطاقة خاصة في المباني السكنية. من المتوقع أن يزداد الطلب على الطاقة في الكويت في المباني بنسبة 70٪ في عام 2035 وهو ما يرتبط بشكل أساسي بأنظمة تكييف الهواء. في السنوات الأخيرة، اكتسبت زيوت التشحيم النانوية اهتمامًا كبيرًا من أجل تحسين عملية الضغط وأداء النظام في وحدات التيار المتردد. يقوم هذا البحث المقترح في الخصائص الفيزيائية الحرارية والاستقرار الفيزيائي للجسيمات النانوية القائمة على الكربون الممزوجة بزيت بوليوليستر (زيت POE) لتصنيع زيوت التشحيم النانوية للمساعدة في تقليل الحرارة المتولدة أثناء عملية الضغط وتحسين معدل نقل الحرارة في التبادل الحراري للأنظمة التكييف. يتوسع التحقيق ليحل محل سوائل العمل الحالية مع المبردات البديلة (على سبيل المثال ، البروبان (R-290) أو R-32)) نظرًا لخصائص النقل الواعدة والميزات الصديقة للبيئة لتطبيق درجات الحرارة المحيطة المرتفعة مثل الظروف الجوية في الكويت. يتعاون هذا المشروع بين ثلاثة كيانات ؛ جامعة الكويت (KU) ، معهد الكويت للأبحاث العلمية (KISR) ، والجامعة التقنية في درسدن (TUD) من ألمانيا. سيبدأ هذا المشروع بالاختيار التجريبي لمواد التشحيم المليئة بالجسيمات النانوية مع الجسيمات النانوية القائمة على الكربون لحالة تشغيل التيار المتردد المقترحة (بواسطة KU و KISR). بعد ذلك، سيتم إجراء تطوير الارتباط العددي للتنبؤ بنموذج الخصائص الحرارية الفيزيائية (بواسطة KU و KISR). بعد ذلك، توصيف لاحق للفيزياء الحرارية وخصائص النقل لمزيج من مادة التشحيم المليئة بالجسيمات النانوية مع المبرد البديل (بواسطة TUD). بالتوازي مع ذلك، سيتم استخدام حامل اختبار الضاغط لتقييم تأثير خليط زيوت التشحيم النانوي المقترح على أداء الضاغط (بواسطة TUD). أخيرًا ، سيتم اختبار نظام تكييف الهواء المعدَّل بالكامل لتطبيق درجات الحرارة المرتفعة داخل كبينة قياس الاداء لتقييم التأثيرات على مستوى النظام لزيوت التشحيم المليئة بالجسيمات النانوية وتقليل شحنة التبريد (بواسطة KU و KISR).

Urbanising and cities continue to grow which demands the raise of energy consumption specially in residential buildings. Kuwait energy demand is predicted to increase in buildings by 70% in 2035 which is mainly associated with air conditioning (AC) systems. In recent years, nano-lubricants have gained significant attention in order to improve the compression process and system performance in AC units. This proposed research investigates the thermophysical properties and physical stability of carbon-based nanoparticles mixed with Polyolester oil (POE oil) to fabricate nano-lubricants to help in reducing the heat generated during the compression process and improve the heat transfer rate in the heat exchanges of the AC systems. The investigation expands to replace the current working fluids with alternative refrigerants (e.g., propane (R-290) or R-32)) due to its promising transport properties and environmentally friendly features for high ambient temperature application such as Kuwait’s weather conditions. This project collaborates between three entities; Kuwait University (KU), Kuwait Institute for Scientific Research (KISR), and Technische Universita ̈t Dresden (TUD) from Germany. This project will begin with experimental selection of nanoparticle-infused lubricant with carbon-based nanoparticles for the proposed AC operating condition (by KU and KISR). Then, a numerical correlation development will be conducted for thermo-physical properties model prediction (by KU and KISR). After that, a subsequent characterization of thermophysical and transport properties of the combination of the nanoparticle-infused lubricant with alternative refrigerant (by TUD). In parallel, a compressor test stand will be utilized to assess the impact of the proposed nanoparticle-lubricant mixture on compressor performance (by TUD). Finally,