Вплив домішок фулерену С60 на ефективну теплоємність на лінії кипіння теплоносія Dowtherm RP
##plugins.themes.bootstrap3.article.sidebar##
Опубліковано:
тра 4, 2026
Ключові слова:
відновлювана енергетика, сонячні колектори, теплоносій, Dowtherm RP, нанотеплоносій, фулерен С60, теплоємність, ефективна теплоємність, теплофізичні властивості, низькокиплячі домішки
##plugins.themes.bootstrap3.article.main##
Анотація
У роботі представлені результати експериментального дослідження впливу домішок фулерену С60 і технологічних низькокиплячих компонентів на ефективну теплоємність органічного теплоносія Dowtherm RP в інтервалі температур від 20 до 120 °С. Актуальність дослідження обумовлена необхідністю підвищення ефективності плоских сонячних колекторів за рахунок цілеспрямованої зміни теплофізичних властивостей теплоносіїв. Вимірювання теплоємності проводилися методом монотонного нагріву в адіабатичному калориметрі змінної температури. Встановлено, що в області від 95 до 110 °С спостерігається максимум ефективної теплоємності, що супроводжується зниженням швидкості нагрівання. Показано, що даний ефект обумовлений внеском прихованої теплоти випаровування низькокиплячих технологічних домішок, що містяться в теплоносії. Кількісна оцінка демонструє, що наявність 0,2-0,4 % домішок з прихованою теплотою випаровування 300-400 кДж/кг здатна викликати приріст ефективної теплоємності до 0,08-0,12 Дж/(г·К). Порівняльний аналіз показав, що введення фулерену призводить до незначного зниження теплоємності (на 2-4 %) при 20-40 °С, відсутності істотних відмінностей у діапазоні 60-90 °С і можливому збільшенні теплоємності на 15-20 % в області температур 100-115 °С. Отримані дані інтерпретуються з позицій формування міжфазного структурованого шару і агрегатних утворень у нанорідині. Отримані результати можуть бути використані під час розробки нового покоління нанотеплоносіїв для сонячних енергетичних систем із поліпшеними теплофізичними характеристиками.
##plugins.themes.bootstrap3.article.details##
Як цитувати
Шумський, О., & Квасницкий, Б. (2026). Вплив домішок фулерену С60 на ефективну теплоємність на лінії кипіння теплоносія Dowtherm RP. Вісник Одеського національного морського університету, (79), 159-171. https://doi.org/10.47049/2226-1893-2026-1-159-171
Розділ
Проблеми експлуатації суднового енергетичного обладнання
Посилання
1. Otanicar, T.P., Phelan, P.E., & Golden, J.S. (2009). Optical properties of liquids for direct absorption solar thermal energy systems. Solar Energy, 83(7), 969-977. https://doi.org/10.1016/j.solener.2008.12.009.
2. Kumar, P.G., Yuvaraj, N., Kumaresan, V., & Velraj, R. (2020). Selection of heat transfer fluids for solar thermal applications using multi-criteria deci- sion-making tools. Journal of Testing and Evaluation, 48(1), Р. 595-612. https://doi.org/10.1520/JTE20180539.
3. García-Rincón, M.A., & Flores-Prieto, J.J. (2024). Nanofluids stability in flat-plate solar collectors: A review. Solar Energy Materials and Solar Cells, 271, 112832. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2024.112832.
4. Cruz, J.M., Crepaldi, S. A., Gutiérrez-Urueta, G. L., Rubio, J. D. J., Zacarías, A., Jiménez, C., ... & Balcazar, R. (2024). Performance Assessment of Flat Plate Solar Collector Using Simple and Hybrid Carbon Nanofluids at Low Thermal Capacity. Applied Sciences, 14(19), 8732. https://doi.org/10.3390/app14198732
5. Lamosa, R. A., Motovoy, I., Khliiev, N., Nikulin, A., Khliyeva, O., Moita, A. S. & del Barrio Elena, P. (2021). Tetralin+ fullerene C60 solutions for thermal management of flat-plate photovoltaic/thermal collector. Energy Conversion and Management, 248, 114799. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2021.114799
6. Nikulin, A., Moita, A.S., Moreira, A.L.N., Murshed, S.M.S., Huminic, A., Grosu, Y. & Khliyeva, O. (2019). Effect of Al2O3 nanoparticles on laminar, transient and turbulent flow of isopropyl alcohol. International Journal of Heat and Mass Transfer, 130, 1032-1044. https://doi.org/10.1016/j.ijheat-masstransfer.2018.10.114.
7. Goel, N., Taylor, R.A., & Otanicar, T. (2020). A review of nanofluid-based direct absorption solar collectors: Design considerations and experiments with hybrid PV/Thermal and direct steam generation collectors. Renewable Energy, 145, 903-913. https://doi.org/10.1016/j.renene.2019.06.097.
8. Motovoy, I.V., Zhelezny, V.P., Khliyeva, O.Y., Melnik, Y.Y., Diachenko, I.A., & Dmitriev, Y. D. (2020, December). Density, specific heat capacity and viscosity of fullerene C60 solutions in tetralin. In Journal of Physics: Conference Series (Vol. 1683, No. 3, p. 032027). IOP Publishing. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1683/3/032027
9. Zhelezny, V.P., Khanchych, K.Y., Motovoy, I.V., & Nikulina, A.S. (2021). Viscous behaviour of o-xylene/fullerene C60 solutions. Journal of Molecular Liquids, 328, 115416. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2021.115416.
10. Zhelezny, V.P., Khanchych, K.Y., Motovoy, I.V., & Nikulina, A.S. (2021). On the nonmonotonous behavior of the thermal properties of fullerene C60/o- xylene solutions. Journal of Molecular Liquids, 338, 116629. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2021.116629.
11. Mchedlov-Petrossyan, N.O. (2011). Fullerenes in molecular liquids. Solutions in «good» solvents: Another view. Journal of Molecular Liquids, 161(1), 1-12. 1-12. http://doi.org/10.1016/j.molliq.2011.04.001.
12. Makhmanov, U., Ismailova, O., Kokhkharov, A., Zakhidov, E., & Bakhramov, S. (2016). Features of self-aggregation of C60 molecules in toluene prepared by different methods. Physics Letters A, 380(24), 2081- 2084. https://doi.org/10.1016/j.physleta.2016.04.030.
13. Ginzburg, B.M., Tuichiev, S., & Tabarov, S.H. (2013). Formation of zero density regions during the dissolving of C60 and C70. Journal of Macromole- cular Science, Part B, 52(6), 773-787. https://doi.org/10.1080/00222348.2012.721654
14. Mchedlov-Petrossyan, N.O. (2013). Fullerenes in liquid media: an unsettling intrusion into the solution chemistry. Chemical reviews, 113(7), 5149-5193. https://doi.org/10.1021/cr3005026.
15. Shumskyi, О., & Borysov, V. (2025). Absorption coefficient, density, and viscosity of Dowtherm RP/fullerene C60 nanofluid solutions. Refrigeration Engineering and Technology, 61(4), 415-426. https://doi.org/10.15673/ret.v61i4.3354.
16. Mirahmad, A., Shankar Kumar, R., Pato Doldán, B., Prieto Rios, C., & Díez- Sierra, J. (2025). Beyond thermal conductivity: a review of nanofluids for enhanced energy storage and heat transfer. Nanomaterials, 15(4), 302. https://doi.org/10.3390/nano15040302.
17. Adeola Borode, A.O., Tshephe, T.T., & Olubambi, P.O. (2025). A critical review of the thermophysical properties and applications of carbon-based hybrid nanofluids in solar thermal systems. Frontiers in Energy Research, 12, 1509437. https://doi.org/10.3389/fenrg.2024.1509437.
18. Moulefera, I., Delgado Marín, J.J., Cascales, A., Montalbán, M.G., Alarcón, M., & Víllora, G. (2025). Innovative application of graphene nanoplatelet- based ionanofluids as heat transfer fluid in hybrid photovoltaic-thermal solar collectors. Scientific Reports, 15, 6489. https://doi.org/10.1038/s41598-025-91040-w.
19. Zhelezny, V., Kvasnytskyi, B., Ivchenko, D., Hlek, Y., Khalak, V., Dauvergne, J. L., & Grosu, Y. (2026). An evaluation of influence of the fullerene C60 additives on the caloric and optical properties of n-eicosane in a wide range of parameters of the phase transition. Thermochimica Acta, 180242. https://doi.org/10.1016/j.tca.2026.180242.
20. The Dow Chemical Company. (2001, November). DOWTHERM RP: Synthetic organic heat transfer fluid (Product technical data; Form No. 176- 01473-1101 AMS). Dow.
21. Lee, Jaekeun, et al. «Enhancement of lubrication properties of nano-oil by controlling the amount of fullerene nanoparticle additives». Tribology Letters 28.2 (2007): 203-208. https://doi.org/10.1007/s11249-007-9265-2.
22. Xing, Meibo, Ruixiang Wang, and Jianlin Yu. «Application of fullerene C60 nano-oil for performance enhancement of domestic refrigerator compres- sors». International journal of refrigeration 40 (2014): 398-403. https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2013.12.004.
23. Moroz S., Lukianov, М., & Zhelezny, V. (2017). Density and viscosity of solutions refrigerant R600a / mineral oil / fullerene C60. Refrigeration Engineering and Technology, 53(1). https://doi.org/10.15673/ret.v53i1.544.
2. Kumar, P.G., Yuvaraj, N., Kumaresan, V., & Velraj, R. (2020). Selection of heat transfer fluids for solar thermal applications using multi-criteria deci- sion-making tools. Journal of Testing and Evaluation, 48(1), Р. 595-612. https://doi.org/10.1520/JTE20180539.
3. García-Rincón, M.A., & Flores-Prieto, J.J. (2024). Nanofluids stability in flat-plate solar collectors: A review. Solar Energy Materials and Solar Cells, 271, 112832. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2024.112832.
4. Cruz, J.M., Crepaldi, S. A., Gutiérrez-Urueta, G. L., Rubio, J. D. J., Zacarías, A., Jiménez, C., ... & Balcazar, R. (2024). Performance Assessment of Flat Plate Solar Collector Using Simple and Hybrid Carbon Nanofluids at Low Thermal Capacity. Applied Sciences, 14(19), 8732. https://doi.org/10.3390/app14198732
5. Lamosa, R. A., Motovoy, I., Khliiev, N., Nikulin, A., Khliyeva, O., Moita, A. S. & del Barrio Elena, P. (2021). Tetralin+ fullerene C60 solutions for thermal management of flat-plate photovoltaic/thermal collector. Energy Conversion and Management, 248, 114799. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2021.114799
6. Nikulin, A., Moita, A.S., Moreira, A.L.N., Murshed, S.M.S., Huminic, A., Grosu, Y. & Khliyeva, O. (2019). Effect of Al2O3 nanoparticles on laminar, transient and turbulent flow of isopropyl alcohol. International Journal of Heat and Mass Transfer, 130, 1032-1044. https://doi.org/10.1016/j.ijheat-masstransfer.2018.10.114.
7. Goel, N., Taylor, R.A., & Otanicar, T. (2020). A review of nanofluid-based direct absorption solar collectors: Design considerations and experiments with hybrid PV/Thermal and direct steam generation collectors. Renewable Energy, 145, 903-913. https://doi.org/10.1016/j.renene.2019.06.097.
8. Motovoy, I.V., Zhelezny, V.P., Khliyeva, O.Y., Melnik, Y.Y., Diachenko, I.A., & Dmitriev, Y. D. (2020, December). Density, specific heat capacity and viscosity of fullerene C60 solutions in tetralin. In Journal of Physics: Conference Series (Vol. 1683, No. 3, p. 032027). IOP Publishing. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1683/3/032027
9. Zhelezny, V.P., Khanchych, K.Y., Motovoy, I.V., & Nikulina, A.S. (2021). Viscous behaviour of o-xylene/fullerene C60 solutions. Journal of Molecular Liquids, 328, 115416. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2021.115416.
10. Zhelezny, V.P., Khanchych, K.Y., Motovoy, I.V., & Nikulina, A.S. (2021). On the nonmonotonous behavior of the thermal properties of fullerene C60/o- xylene solutions. Journal of Molecular Liquids, 338, 116629. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2021.116629.
11. Mchedlov-Petrossyan, N.O. (2011). Fullerenes in molecular liquids. Solutions in «good» solvents: Another view. Journal of Molecular Liquids, 161(1), 1-12. 1-12. http://doi.org/10.1016/j.molliq.2011.04.001.
12. Makhmanov, U., Ismailova, O., Kokhkharov, A., Zakhidov, E., & Bakhramov, S. (2016). Features of self-aggregation of C60 molecules in toluene prepared by different methods. Physics Letters A, 380(24), 2081- 2084. https://doi.org/10.1016/j.physleta.2016.04.030.
13. Ginzburg, B.M., Tuichiev, S., & Tabarov, S.H. (2013). Formation of zero density regions during the dissolving of C60 and C70. Journal of Macromole- cular Science, Part B, 52(6), 773-787. https://doi.org/10.1080/00222348.2012.721654
14. Mchedlov-Petrossyan, N.O. (2013). Fullerenes in liquid media: an unsettling intrusion into the solution chemistry. Chemical reviews, 113(7), 5149-5193. https://doi.org/10.1021/cr3005026.
15. Shumskyi, О., & Borysov, V. (2025). Absorption coefficient, density, and viscosity of Dowtherm RP/fullerene C60 nanofluid solutions. Refrigeration Engineering and Technology, 61(4), 415-426. https://doi.org/10.15673/ret.v61i4.3354.
16. Mirahmad, A., Shankar Kumar, R., Pato Doldán, B., Prieto Rios, C., & Díez- Sierra, J. (2025). Beyond thermal conductivity: a review of nanofluids for enhanced energy storage and heat transfer. Nanomaterials, 15(4), 302. https://doi.org/10.3390/nano15040302.
17. Adeola Borode, A.O., Tshephe, T.T., & Olubambi, P.O. (2025). A critical review of the thermophysical properties and applications of carbon-based hybrid nanofluids in solar thermal systems. Frontiers in Energy Research, 12, 1509437. https://doi.org/10.3389/fenrg.2024.1509437.
18. Moulefera, I., Delgado Marín, J.J., Cascales, A., Montalbán, M.G., Alarcón, M., & Víllora, G. (2025). Innovative application of graphene nanoplatelet- based ionanofluids as heat transfer fluid in hybrid photovoltaic-thermal solar collectors. Scientific Reports, 15, 6489. https://doi.org/10.1038/s41598-025-91040-w.
19. Zhelezny, V., Kvasnytskyi, B., Ivchenko, D., Hlek, Y., Khalak, V., Dauvergne, J. L., & Grosu, Y. (2026). An evaluation of influence of the fullerene C60 additives on the caloric and optical properties of n-eicosane in a wide range of parameters of the phase transition. Thermochimica Acta, 180242. https://doi.org/10.1016/j.tca.2026.180242.
20. The Dow Chemical Company. (2001, November). DOWTHERM RP: Synthetic organic heat transfer fluid (Product technical data; Form No. 176- 01473-1101 AMS). Dow.
21. Lee, Jaekeun, et al. «Enhancement of lubrication properties of nano-oil by controlling the amount of fullerene nanoparticle additives». Tribology Letters 28.2 (2007): 203-208. https://doi.org/10.1007/s11249-007-9265-2.
22. Xing, Meibo, Ruixiang Wang, and Jianlin Yu. «Application of fullerene C60 nano-oil for performance enhancement of domestic refrigerator compres- sors». International journal of refrigeration 40 (2014): 398-403. https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2013.12.004.
23. Moroz S., Lukianov, М., & Zhelezny, V. (2017). Density and viscosity of solutions refrigerant R600a / mineral oil / fullerene C60. Refrigeration Engineering and Technology, 53(1). https://doi.org/10.15673/ret.v53i1.544.