Vers les nanofluides TiO2 – Partie 2 :Applications et défis

Révision

Contexte

Dans la première partie, les études sur la préparation, la stabilité et les propriétés ont été passées en revue. On constate que de nombreuses recherches ont été menées sur les directions de préparation et les propriétés des nanofluides [1,2,3,4,5,6,7]. Parallèlement, de nombreuses tentatives ont été faites pour l'application des nanofluides, en particulier dans les systèmes énergétiques [8,9,10,11]. En raison de l'amélioration du processus de transfert de chaleur et de masse, TiO₂ les nanofluides ont été provisoirement appliqués aux domaines des capteurs solaires [12], de la réfrigération [13,14,16], du stockage d'énergie [17, 18], des caloducs [19,20,21] et d'autres applications énergétiques [22,23 ,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34], comme le radiateur de voiture [31], le système hybride PV/T [32, 33] et la production combinée de chaleur et d'électricité (CHP ) systèmes [34]. Dans nos études précédentes, les caractéristiques de transfert de chaleur du TiO₂ les nanofluides dans la conduction thermique, le transfert de chaleur par ébullition par convection forcée et le transfert de chaleur par convection naturelle ont été résumés [35]. Cependant, il est loin d'être un résumé complet pour l'application de TiO₂ nanofluides; il existe également de nombreuses applications pratiques pour TiO₂ nanofluides. Ici, dans la partie 2, nous fournirons une revue détaillée sur la conductivité thermique et les applications liées à l'énergie de TiO₂ nanofluides. Nous espérons que les deux revues combinées à notre rapport précédent [35] pourront fournir une compréhension globale des progrès de la recherche sur TiO₂ nanofluides. Avec le développement de la technologie des nanofluides, on s'attend à ce que les nanofluides soient appliqués dans la pratique comme un nouveau fluide de travail efficace pour ces systèmes énergétiques.

Application pour améliorer la conductivité thermique

Étant donné que les performances exceptionnelles des nanofluides sont généralement attribuées aux propriétés physiques des fluides avec l'ajout de nanoparticules, les investigations expérimentales ou théoriques sur la conductivité thermique des nanofluides devraient être un sujet important dans le domaine des nanofluides. Bien que la plupart des articles de revue aient introduit la conductivité thermique dans la partie des propriétés physiques, l'amélioration de la conductivité thermique est également un aspect d'application important des nanofluides. Une autre raison de mettre la conductivité thermique dans la partie application est d'équilibrer le contenu des deux avis.

De nombreux résultats de recherches expérimentales et théoriques ont montré que l'ajout de nanoparticules peut nettement améliorer la conductivité thermique du fluide. Les facteurs d'influence sur la conductivité thermique des nanofluides peuvent être induits comme les groupes suivants :(1) facteurs internes, y compris le type de particules, leur contenu [36, 37], leur taille [38], leur forme [39] et leur structure [40] et type de fluide de base [41] et probable agent tensioactif ou régulateur de pH [42, 43] le cas échéant ; (2) des facteurs externes, notamment la température [40], le temps de vibration supersonique [44], le temps de stockage [45] ou le temps de fonctionnement [46] ; et (3) des facteurs microcosmiques, tels que l'état de charge de surface des nanoparticules [47], l'agrégat de particules [48], la nanocouche interfaciale [49], le mouvement brownien [50], l'agrégation [51], la résistance thermique interfaciale et la masse. diffusion par différence [52]. Notre étude précédente a fourni un tableau pour montrer la conductivité thermique du TiO₂ nanofluides [35]. Cependant, il n'est pas intuitif et peu pratique de comprendre les différents facteurs d'effet sur le degré d'influence. Par conséquent, dans cette partie 2, les influences sur la conductivité thermique du TiO₂ les nanofluides sont représentés en chiffres pour fournir une compréhension plus perceptive.

Effet de chargement de particules

Un résumé de l'augmentation de la conductivité thermique du TiO₂ – les nanofluides d'eau avec la fraction volumique des nanoparticules dans la littérature disponible sont illustrés à la Fig. 1. Il ressort de tous les résultats expérimentaux que TiO₂ les nanoparticules peuvent améliorer la conductivité thermique des fluides de base. Cependant, les incréments de différentes recherches sont profondément différents. Par exemple, une amélioration de la conductivité thermique des nanofluides est d'environ 2 à 4 fois la charge volumique de TiO₂ nanoparticules, dont Masuda et al. [53], Turgut et al. [54], Zhang et al. [55], Wang et al. [56], Pak et Cho [57], Yang et al. [58], et les résultats de Mushed et al. [59]. L'autre amélioration peut atteindre 6 à 20 fois le volume de chargement de TiO₂ nanoparticules, dont Yoo et al. [60], Wen et Ding [61], Mushed et al. [62], He et al. [63], Chen et al. [64], et les résultats de Saleh et al. [65].

Dépendance de la fraction volumique de la conductivité thermique du TiO₂ –nanofluides d'eau dans les littératures disponibles

Les différences de résultats sont probablement dues, outre les fractions volumiques, à la conductivité thermique du TiO₂ Les nanofluides sont également déterminés par les paramètres des particules et les circonstances environnementales, telles que la taille et la forme des particules, le tensioactif, la valeur du pH et la température, qui étaient assez différentes selon les travaux. De plus, certains chercheurs ont observé que les nanoparticules ont peu d'effet sur la conductivité thermique du TiO₂ nanofluides. Utomo et al. [66] ont étudié la conductivité thermique des nanofluides d'alumine et d'oxyde de titane à base d'eau. Ils ont observé que la conductivité thermique du TiO₂ nanofluides qu'ils ont préparés était légèrement inférieur à la prédiction du modèle conventionnel en raison de la teneur élevée en dispersants. Et les résultats ont clairement montré que TiO₂ les nanofluides ne présentent pas d'amélioration anormale de la conductivité thermique ou du coefficient de transfert de chaleur par convection dans un écoulement de tuyau, comme indiqué dans d'autres rapports.

Effet de forme de particule

Les influences de la forme et de la taille des nanoparticules ne sont pas aussi largement étudiées que celle du chargement des particules. Les études existantes n'ont pas montré de grands effets de la forme ou de la taille des particules sur la conductivité thermique du TiO₂ nanofluides, ce qui est très probablement dû aux quantités relativement faibles sur cet effet. Murshed et al. [62] ont dispersé deux sortes de TiO₂ nanoparticules d'eau en utilisant CTAB comme dispersant. Un type est en forme de tige avec un diamètre par longueur de 10 nm × 40 nm. Et l'autre type a des formes sphériques de 15 nm de diamètre. Ils ont observé que la conductivité thermique des deux types TiO₂ les nanofluides ont augmenté avec l'augmentation de la charge de particules, tandis que les particules en forme de tige avaient plus de contributions que les particules sphériques. Les améliorations maximales de la conductivité thermique pour le premier et le dernier étaient d'environ 33 et 30 %, respectivement. Chen et al. [64] ont étudié la conductivité thermique effective de quatre types de nanofluides orthogonalement constitués de TiO₂ nanoparticules (25 nm) et TiO₂ nanotubes (10 nm × 100 nm) avec de l'eau et EG comme fluide de base, respectivement. Ils ont constaté que les distinctions entre l'amélioration de TiO₂ nanoparticules et TiO₂ les nanotubes sur la conductivité thermique n'étaient pas importants, tandis que l'amélioration est beaucoup plus grande que la valeur de calcul de l'équation de Hamilton-Crosser.

Effet de température

La température est un autre facteur d'influence important sur la conductivité thermique du TiO₂ nanofluides. La figure 2 montre l'influence de la température sur l'amélioration de la conductivité thermique du TiO₂ nanofluides dans différentes recherches. Wang et al. [67] ont étudié l'effet de la charge de particules et de la température sur la conductivité thermique du TiO₂ à base d'eau nanofluides. Les résultats ont montré que la température de travail joue des rôles positifs plus importants et contribue davantage à la conductivité thermique à une température plus élevée. Ils ont également conclu que les résultats concordaient avec les valeurs théoriques déterminées en considérant le mouvement brownien dépendant de la température et la micro-convection. Reddy et al. [68] ont étudié la conductivité thermique du TiO₂ nanofluides pour différentes charges de particules dans la plage de 0,2 à 1,0 % à différentes températures. Et ils ont observé que la conductivité thermique du TiO₂ nanofluides augmente avec une augmentation à la fois de la charge de particules et de la température. Yang et al. [58] a ajouté TiO₂ nanoparticules en ammoniac-eau pour préparer des nanofluides binaires à base de fluides. Ils ont également constaté que l'augmentation de la température pouvait entraîner une augmentation du rapport de conductivité thermique du TiO₂ binaire. nanofluides en fluide de base.

Influence de la température sur l'amélioration de la conductivité thermique du TiO₂ nanofluides dans différentes recherches

Les résultats ci-dessus ont montré que TiO₂ les nanoparticules peuvent contribuer davantage à la conductivité thermique du TiO₂ nanofluides à plus haute température. Cependant, certains résultats singuliers sur l'effet de la température peuvent également être inclus. Turgut et al. [54] ont étudié la conductivité thermique effective du TiO₂ à base d'eau désionisée nanofluides à des températures de 13, 23, 40 et 55 °C. Ils ont observé que la conductivité thermique augmente avec une augmentation de la charge de particules mais que le changement de température a peu d'effet sur la conductivité thermique effective du TiO₂ nanofluides. De plus, certains résultats ont montré que la température joue un rôle sur la conductivité thermique effective. Duangthongsuk et Wongwises [69] ont suspendu TiO₂ nanoparticules dans l'eau avec une plage de charge volumique de 0,2 à 2 %, et ils ont collecté les données dans une plage de température de 15 à 35 °C. Ils ont observé que la conductivité thermique mesurée du TiO₂ –les nanofluides d'eau ont augmenté avec l'augmentation à la fois de la charge de particules et de la température, mais le rapport de conductivité thermique a diminué lorsque la température a augmenté ; ils ont attribué la raison au taux de croissance plus rapide de la conductivité thermique du fluide de base.

La raison du rôle incertain de la température sur le rapport de conductivité thermique du TiO₂ Les nanofluides peuvent être dus au mécanisme complexe de conductivité thermique des nanofluides. Lorsque la température change, les autres paramètres, tels que la structure, l'activité de surface, la stabilité et des particules, la caractéristique du dispersant, etc. peuvent être modifiés, et ces paramètres sont généralement très différents dans différents travaux. Par conséquent, les influences de la température sur le rapport de conductivité thermique de TiO₂ les nanofluides sont liés aux nanoparticules spécifiques et aux types de fluides de base. Cette observation peut être encore améliorée par les recherches de Cabaleiro et al. [41], dans lesquelles le comportement de conductivité thermique dépendant de la température a été étudié pour l'anatase et le rutile TiO₂ nanofluides avec respectivement l'éthylène et le propylène glycol comme fluide de base. La dépendance à la température de la conductivité thermique de ces quatre types de TiO₂ Les nanofluides sont illustrés à la figure 3. On peut observer que les quatre types de nanofluides présentaient des conductivités thermiques plus élevées que les fluides de base correspondants. La température a joué différents rôles pour TiO₂ nanofluides contenant différentes nanoparticules de structure nanocristalline et avec différents fluides de base. La conductivité thermique a augmenté à mesure que la température augmente pour les nanofluides à base d'EG, avec un incrément maximal de 11,4 % par la température dans la plage d'étude, alors qu'elle semblait presque indépendante de la température pour les nanofluides à base de PG.

Dépendance à la température de la conductivité thermique de quatre types de TiO₂ nanofluides [41]. Reproduit avec la permission d'Elsevier

Base Effet Fluide

Les ingrédients des fluides de base peuvent également affecter la conductivité thermique du TiO₂ nanofluides. Chen et al. [64] ont mesuré la conductivité thermique effective du TiO₂ sphérique et tubulaire nanofluides avec de l'eau et de l'éthylène glycol comme fluides de base, respectivement. Ils ont observé que les deux améliorations de TiO₂ nanoparticules et TiO₂ les nanotubes avec EG comme fluides de base étaient plus élevés que ceux avec de l'eau comme fluide de base. Reddy et al. [68] ont constaté que l'amélioration de la conductivité thermique pour le TiO₂ à base d'eau, à base d'EG/W (40 % : 60 %) et à base d'EG/W (50 % :50 %) les nanofluides ont augmenté de 0,649 à 5,01 %, de 1,94 à 4,38 % et de 10,64 à 14,2 %, respectivement, lorsque la concentration volumique de TiO₂ nanoparticules a augmenté de 0,2 à 1,0 % à température ambiante (30 °C). Cependant, des résultats opposés peuvent également être observés, Cabaleiro et al. [41] ont trouvé que les améliorations de la conductivité thermique pour TiO₂ les nanofluides contenant de l'EG, du PG ou de l'huile de paraffine comme fluides de base étaient nettement inférieurs à ceux contenant de l'eau comme fluides de base. De plus, dans le rapport de Sonawane et al. [70], l'effet des fluides de base était considéré comme complexe et inaccessible car la conductivité thermique du TiO₂ les nanofluides avec 1 % vol. de charge de particules ont suivi la séquence suivante :nanofluide à base d'huile de paraffine > nanofluide à base d'eau > nanofluide à base d'EG, tandis que celui des fluides de base purs a suivi la séquence eau > EG > huile de paraffine. Ils ont analysé cette observation erratique du point de vue de l'effet de viscosité et ont pensé qu'une viscosité de fluide de base plus faible pourrait contribuer davantage à l'amélioration de la conductivité thermique des nanofluides.

Effet tensioactif

L'ajout de tensioactif est un autre facteur important sur la conductivité thermique du TiO₂ nanofluides. Certains résultats ont montré que les tensioactifs ont un effet positif sur la conductivité thermique. Saleh et al. [65] ont étudié l'effet de différents types de tensioactifs sur la conductivité thermique du TiO₂ – les nanofluides d'eau, et les résultats sont présentés à la Fig. 4. On peut voir que les trois types de tensioactifs pourraient grandement améliorer la conductivité thermique des nanofluides et que les nanofluides avec le SDS comme stabilisateur présentaient la plus grande amélioration, suivis de ceux avec CTAB et Span-80 comme stabilisateur. Et ils pensaient que la stabilité de la dispersion et les propriétés de surface des particules étaient impliquées dans les améliorations de la conduction thermique des nanofluides.

Effet de différents tensioactifs sur la conductivité thermique du TiO₂ –nanofluides d'eau [65]. Reproduit avec la permission d'Elsevier

Il existe également des résultats différents sur l'effet tensioactif. Yang et al. [58] ont constaté que lorsque la teneur en ammoniac dans les fluides de base augmente, le rapport de conductivité thermique de TiO₂ les nanofluides augmenteront également car la stabilité du TiO₂ les nanofluides ammoniac-eau seront améliorés à une valeur de pH plus élevée. Et les tensioactifs PEG1000 et PAA en faible concentration ont une influence relativement plus faible que d'autres facteurs d'impact sur la conductivité thermique comme la teneur en particules ou en ammoniac, la température. Cependant, le PEG1000 peut améliorer la stabilité TiO₂ nanofluides ammoniac-eau, qui induisent l'amélioration de la conductivité thermique des nanofluides. Murshed et al. [62] ont trouvé que l'acide oléique et le CTAB peuvent améliorer la stabilité de dispersion de TiO₂ nanofluides sans impact sur les propriétés physiques thermiques des nanofluides et le coefficient de transfert de chaleur monophasique, car la teneur en tensioactif utilisée dans leurs expériences était très faible, à savoir. 0,01 à 0,02 % vol. Certains résultats ont également montré que les tensioactifs ont un effet dépresseur. Utomo et al. [66] ont étudié la conductivité thermique de l'Al₂ à base d'eau O₃ et TiO₂ nanofluides. Ils ont découvert qu'une charge élevée de stabilisants pouvait entraîner une diminution de la conductivité thermique effective de ces deux types de nanofluides.

Effet de sonication

La sonication a également montré des effets sur la conductivité thermique du TiO₂ nanofluides. Ismay et al. [71] ont trouvé que la conductivité thermique du TiO₂ – les nanofluides d'eau ont atteint leur maximum lorsque la valeur du pH est proche de 7 et ont été encore améliorés par 2 h de sonication. Et ils pensaient que l'agrégation pouvait expliquer les améliorations observées dues à l'effet de percolation. Sonawane et al. [70] ont effectué une recherche particulière sur l'effet sur la conductivité thermique par le temps ultrasonore, et les résultats sont présentés sur la Fig. 5a–c. Il peut être trouvé pour les trois types de nanofluides à diverses concentrations, les proportions croissantes de conductivité thermique ont d'abord augmenté, puis ont diminué à mesure que le temps ultrasonore augmente, et l'augmentation maximale s'est produite au temps de sonication de 60 min. Ils ont attribué la raison comme suit :un temps de sonication optimal de 60 min peut intensifier le mouvement brownien des nanoparticules et l'interaction intermoléculaire entre les particules et le liquide en vrac, ce qui a entraîné une amélioration de la conductivité thermique. Cependant, une sonication de longue durée dépassant les 60 minutes pourrait induire le regroupement et l'agrégation de nanoparticules, ce qui était considéré comme responsable du déclin du transport de chaleur et de la conductivité thermique dans les nanoparticules.

Le pourcentage d'amélioration de la conductivité thermique en fonction du temps de sonication. un Fluide de base :eau. b Fluide de base :éthylène glycol. c Fluide de base :huile de paraffine. Redessiné sur la base des données expérimentales de la référence [70]

Études théoriques

L'étude théorique des nanofluides est l'un des points chauds de la recherche dans le domaine des nanofluides. De nombreux modèles de conductivité thermique ont été proposés ces dernières années. Il est généralement considéré que la plupart des modèles conventionnels peuvent être utilisés pour TiO₂ nanofluide à moins qu'il n'y ait des restrictions spéciales. Cependant, en raison de la grande différence dans les données expérimentales de la conductivité thermique de TiO₂ nanofluides, il est presque impossible qu'un seul modèle corresponde à tous les différents résultats. Étant donné que les modèles conventionnels sont difficiles à appliquer à un cas individuel, certains modèles de conductivité thermique ciblés pour TiO₂ des nanofluides sont également proposés ces dernières années. Le tableau 1 fournit un résumé des équations de modèle de conductivité thermique disponibles spécialisées dans TiO₂ nanofluides. On peut voir que des facteurs tels que la couche interfaciale [59, 72], le mouvement brownien [73, 74], la taille des particules et le rapport d'aspect [72, 75] et l'agrégation [76] ont été pris en compte dans certains modèles. Et il existe également des modèles qui sont proposés uniquement par ajustement expérimental ou analyse de variance [68, 74, 77,78,79,80,81,82]. Il peut être possible de conclure que ces modèles ne conviennent qu'à leurs cas individuels. Bien que les études théoriques sur la conductivité thermique des nanofluides aient été très développées, le défaut le plus fondamental réside dans la grande différence entre les différents résultats expérimentaux. Il est assez difficile de saisir de manière exhaustive et précise le processus de conduction thermique dans les nanofluides, car la nanostructure et le micromouvement des particules sont difficiles à décrire quantitativement. Par conséquent, en raison de la faible précision des modèles pour un cas d'application individuel, la meilleure façon d'obtenir la conductivité thermique des nanofluides pour la conception du système d'application est de réaliser une expérience préliminaire.

L'analyse ci-dessus révèle qu'à l'heure actuelle, il existe encore des controverses et des incohérences sur les facteurs d'influence sur la conductivité thermique du TiO₂ nanofluides. Bien que le chargement des particules ait montré une corrélation positive avec la conductivité thermique des nanofluides, les effets d'autres facteurs, notamment la forme, la taille, le type de fluide de base, la température, le tensioactif et la sonication, sont unifiés. Même pour l'effet de chargement de particules, les intensités de croissance de la conductivité thermique diffèrent considérablement pour différents échantillons. Les incohérences de la conductivité thermique des nanofluides dans diverses recherches sont principalement dues au fait que la conductivité thermique est simultanément affectée par de nombreux facteurs, en particulier certains paramètres microscopiques tels que le regroupement des particules et le micromouvement qui sont plutôt difficiles pour une analyse ou une mesure quantitative.

Une autre controverse est le mécanisme d'amélioration de la conduction thermique des nanofluides. On pense que le regroupement et le rassemblement des particules sont responsables de l'amélioration de la conduction thermique des nanofluides [48, 50, 51]. Cependant, les nanofluides stables avec moins d'agrégations par un tensioactif approprié ou un traitement par sonication ont également montré une conductivité thermique plus élevée [62, 65, 66, 70, 71]. Le principal mécanisme d'amélioration de la conduction thermique des nanofluides est le regroupement de particules ou le micromouvement, ou d'autres facteurs doivent être analysés plus avant.

Absorption solaire

En tant que source propre d'énergie renouvelable, l'énergie solaire a un impact environnemental minimal. Cependant, le développement du capteur solaire thermique est limité par les mauvaises propriétés d'absorption du fluide de travail classique. Par conséquent, ces dernières années, la technologie des nanofluides a été progressivement utilisée dans les capteurs solaires pour produire des propriétés thermiques et optiques supérieures. On s'attend à ce que cette nouvelle génération de fluide caloporteur et d'absorption solaire puisse améliorer l'efficacité d'utilisation de l'énergie solaire.

Comme le montre la figure 6, un schéma schématique typique d'un système de chauffage solaire de l'eau à concentration de nanofluides peut être observé dans les rapports de Khullar et al. [83]. Ils pensaient qu'une grande quantité de réductions d'émissions et d'économies d'énergie pourrait être réalisée lors de la mise en œuvre d'un capteur solaire à concentration à base de nanofluides. Chaji et al. [84] ont étudié les effets de la teneur en particules et du débit du liquide sur l'efficacité d'un collecteur plat à petite échelle avec TiO₂ nanofluides. Ils ont trouvé l'indice d'efficacité du collecteur en utilisant TiO₂ nanofluides a été augmenté de 2,6 à 7 % par rapport au fluide de base basé sur la norme européenne EN12975-2. Said et al. [85] ont utilisé TiO₂ –H₂ O nanofluide comme fluide de travail pour améliorer les performances d'un capteur solaire à plaque plate. Ils ont observé que les nanofluides préparés pouvaient rester stables pendant plus d'un mois. Les résultats ont montré que par rapport au fluide à base d'eau, l'efficacité énergétique peut être augmentée de 76,6 % en volume de charge et de 0,5 kg/min de débit, et l'efficacité exergétique la plus élevée de 16,9 % a pu être obtenue dans ces conditions de fonctionnement.

Schéma d'un système de chauffe-eau solaire à concentration à base de nanofluides. Redessiné sur la base de la référence [83]

Les recherches théoriques sur les performances d'un capteur solaire utilisant des nanofluides se sont également développées ces dernières années. Alim et al. [86] ont étudié théoriquement la génération d'entropie, les caractéristiques de transfert de chaleur et la chute de pression d'Al₂ O₃ , CuO, SiO₂ , et TiO₂ nanofluides dans un capteur solaire plan sous flux laminaire. Ils ont découvert que toutes sortes de nanofluides peuvent améliorer les performances alors que le facteur de friction était presque similaire à celui des fluides à base d'eau. Faizal et al. [87] ont également réalisé une étude numérique sur les performances de ces quatre types de nanofluides dans le capteur solaire. Ils ont observé que les économies d'énergie des quatre types de nanofluides peuvent dépasser 20 %, ce qui entraînerait une réduction des émissions de gaz à effet de serre.

L'amélioration des performances des nanofluides dans les capteurs solaires est généralement attribuée à deux facteurs principaux :les caractères de transfert de chaleur améliorés et les propriétés optiques. Par conséquent, les propriétés optiques des nanofluides dans le système d'absorption solaire ont également été étudiées par les chercheurs. Said et al. [88] ont réalisé des études expérimentales et analytiques sur les performances d'absorption solaire du TiO₂ et Al₂ O₃ nanofluides. Ils ont utilisé deux fractions volumiques de 0,1 à 0,3 % en volume pour l'étude des propriétés photosensibles. Certaines théories classiques, notamment les approches de Rayleigh, Maxwell-Garnett et Lambert-Beer, ont été adoptées dans leur analyse analytique. Ils ont conclu que les propriétés optiques du TiO₂ les nanofluides étaient plus élevés que celui d'Al₂ O₃ nanofluides dans la plage de la lumière visible pour toutes les charges de particules. Il et al. [89] ont comparé l'efficacité de conversion lumière-chaleur du TiO₂ –eau et CNT–nanofluides d'eau dans un capteur solaire à tube sous vide dans des conditions ensoleillées et nuageuses. Ils ont observé que l'incrément de température du nanofluide CNT-eau est supérieur à celui du TiO₂ – les nanofluides d'eau, qui indiquent que la caractéristique de conversion lumière-chaleur du premier est meilleure que celle du second.

Said et al. [90] pensaient que la plupart des recherches étaient axées sur les propriétés thermophysiques et optiques fondamentales des nanofluides; les études sur certains facteurs importants pour la diffusion et l'absorption, y compris la taille, la forme et le contenu des particules ainsi que le type de fluide de base, ont rarement été trouvées. Pour examiner ces facteurs, ils ont mené des recherches connexes et observé que la taille des particules a peu d'effet lorsqu'elle est inférieure à 20 nm, et que la teneur en particules était directement proportionnelle au coefficient d'extinction. Pour les nanofluides contenant 20 nm de TiO₂ nanoparticules, la transmissivité était presque nulle pour des longueurs d'onde allant de 200 à 300 nm, mais respectivement 71 % pour 400 nm et 88 % pour 900 nm. Ils ont également suggéré que la fraction volumique de TiO₂ les nanoparticules doivent être inférieures à 0,1 %, ce qui permet d'obtenir un bien meilleur résultat.

Kim et al. [91] ont effectué une recherche théorique détaillée en utilisant MWCNT, Al₂ O₃ , CuO, SiO₂ , et TiO₂ nanofluides avec un fluide de base PG (propylène glycol)-eau (20:80) dans un capteur solaire à tube en U à haute température. Ils ont observé que l'efficacité du capteur solaire a une corrélation nettement positive avec la conductivité thermique des nanoparticules ajoutées car elle est dans l'ordre du plus grand au moins :MWCNT, CuO, Al₂ O₃ , TiO₂ , et SiO₂ nanofluides. Ils ont également analysé la réduction des émissions de CO₂ et SO₂ ainsi que la consommation d'électricité et d'énergie dans le monde. Leurs résultats confirment que les nanofluides ont un grand potentiel d'économie d'énergie et de réduction des émissions. En raison de leurs résultats théoriques n'ayant pas pris en compte la situation de dispersion des différents nanofluides, les performances réelles doivent être vérifiées expérimentalement.

Par coïncidence, une étude expérimentale similaire de capteur solaire à plaque plate utilisant différents nanofluides a été réalisée par Verma et al. [92]. Les résultats expérimentaux ont indiqué que pour seulement 0,75% de charge en volume de particules et à un débit de 0,025 kg/s, l'efficacité exergétique des nanofluides par rapport à l'eau est augmentée de 29,32, 21,46, 16,67, 10,86, 6,97 et 5,74 %, respectivement, pour le graphène. , CuO, Al₂ O₃ , TiO₂ , et SiO₂ nanofluides. De plus, la baisse de la génération d'entropie a suivi cette séquence. Leurs résultats ont également confirmé que l'efficacité du capteur solaire a une corrélation positive avec la conductivité thermique des nanoparticules ajoutées.

Cependant, il existe également des recherches donnant des résultats différents. Mahian et al. [93] ont analysé les performances d'un capteur solaire à minicanaux utilisant quatre nanofluides d'eau différents avec Cu, Al₂ O₃ , TiO₂ , et SiO₂ nanoparticules respectivement. Leurs résultats ont montré l'Al₂ O₃ les nanofluides présentaient le coefficient de transfert de chaleur le plus élevé tandis que la valeur la plus faible appartenait à SiO₂ –nanofluides d'eau, mais la température de sortie a suivi cette séquence :Cu> TiO₂> Al₂ O₃> SiO₂ nanofluides. Ils ont également observé que la génération d'entropie de TiO₂ –l'eau est inférieure à celle d'Al₂ O₃ –les nanofluides d'eau malgré la conductivité thermique du premier est inférieure à celle du second.

Réfrigération

Nano-refrigerant is a special kind of nanofluid which consists of nanoparticles and refrigerant as well as the probable lubricant. Nano-refrigerant is a new generation of refrigerant for using compression or absorption refrigeration, air conditioning systems, heat pumps, etc. In recent years, many studies regarding nano-refrigerants have shown that adding nanoparticles into refrigerants or lubricant can achieve a better system performance and energy efficiency.

Table 2 shows summary of related studies on TiO₂ nanoparticle-based nano-refrigerants. It can be seen that the TiO₂ nanoparticles can work normally and safely with many kinds of refrigerants, including R134a, R600a, R436a, R436b, R141b, R123, R12, R22, and R410a. It can be seen that most results showed that adding TiO₂ nanoparticles could bring benefits to the refrigeration system and the lubricating oil system, such as improving the performance [94], reducing the energy consumption [95,96,97], and the irreversibility [98]. Also, some research focused on the heat transfer [99, 100] and pressure drop [101] of the nano-refrigerant system to investigate the effect mechanism of the nanoparticles. Li et al. [102] investigated the coefficient of performance (COP) of the refrigeration system for both the cooling cycle and heating cycle, and the results showed that adding TiO₂ nanoparticle would lead to a slight decrease in COP of the cooling cycle but a significant increase in COP of the heating cycle based on the power consumption of the compression. Bi et al. [96] experimentally investigated the reliability and performance of a domestic refrigerator with HFC134a as refrigerant and Mineral oil with TiO₂ nanoparticles mixtures as lubricant. As illustrated in Fig. 7, the system main consists of fresh food storage room and frozen food storage room as well as refrigeration system pipelines. The results showed that the system TiO₂ nanoparticles works normally and safely and adding 0.1 wt.% TiO₂ nanoparticles can reduce 26.1% energy consumption while particle type has little effect on performance.

Schematic diagram of a domestic refrigerator with HFC134a, mineral oil and TiO₂ nanoparticles [96]. Reproduced with permission from Elsevier

In addition, there is likewise a forward-looking study on the effect on the environment. Javadi and Saidur [103] observed that adding 0.1% of TiO₂ nanoparticles to mineral oil-R134a could result in the maximum energy savings of 25% and reduce the CO₂ emission by 7 million tons by year of 2030 in Malaysia.

It can be seen from Table 2 that the amounts of nanoparticles used in refrigerants were very low as below 0.1% [94,95,96,97,98,99,100,101,102,103], which can prevent clogging by the possible sedimentation of nanoparticles. However, although all results seemed positive, the long-term performance of the refrigeration system using nano-refrigerants is a great challenge.

Lin et al. [15] investigated the suspending ratio of (0.1 to 1%) nanolubricant–refrigerant after continuous alternation processes of condensation and evaporation. The schematic diagram and photographic view of their experimental system is shown in Fig. 8. They found that the degradation ratio was 28 to 73% after 20 times’ alternate operations. Also, they found lower particle loading can reduce the degradation speed. It can be concluded that the longtime performance of nano-refrigerant system is the essential step for further application in nano-refrigeration system.

un , b Experimental setup for condensation–evaporation alternation [15]. Reproduced with permission from Elsevier

Energy Storage

The storage of latent heat is through the most efficient mean of storing thermal energy. The conventional PCMs have a shortcoming of inadequate heat transfer performance which can reduce the rate of storing and releasing thermal energy. Therefore, some researchers have studied the method of improving the heat transfer performance by adding nanoparticles into PCMs.

Usages of PCMs mainly include energy storage of heating or cooling capacity. Research on cool storage application of TiO₂ nano-PCMs is relatively rare. Liu et al. [104] find that thermal conductivity of saturated BaCl₂ aqueous solution increases remarkably when adding a small amount of TiO₂ nanoparticles. They found the thermal conductivity was increased by 15.65% as the TiO₂ nanoparticle volume fraction was 1.13% at temperature of 15 °C. They thought this nanofluid is a good phase change materials (PCMs) with higher cool storage/supply capacity and rate compared with its base fluids, which exhibited good potential for being applied to cool storage as a substitute for conventional PCMs.

Another similar study was conducted by He et al. [105]. They also found the thermal conductivity of saturated BaCl₂ aqueous solution can be distinctly enhanced by 12.76% when adding a small amount of TiO₂ nanoparticles at −5 °C. Although decreases in the latent heat and specific heat and an increase in viscosity were found, those varieties have little effect on the cool storage system since the supercooling degree is reduced by 84.92%. They also thought that TiO₂ -saturated BaCl₂ aqueous solution is suitable for low-temperature energy storage industries.

Studies on cool storage of TiO₂ nano-PCMs are in the minority, while most PCM applications focus on the heat storage. Table 3 shows a brief summary on the thermal conductivities and the latent heat of TiO₂ nano-PCMs for thermal storage applications in existing literatures. Sharma et al. [106] prepared a composite of palmitic acid (PA) and TiO₂ nanoparticles with SDBS as dispersant for thermal energy storage application. The preparation steps of PA–TiO₂ composites are shown in Fig. 9. It can be observed that the dispersion methods including adding surfactant, stirring, and ultrasonic vibration were implemented under the condition that the temperature of the base PA is above the melting temperature to confirm its liquid state.

Preparation steps of PA–TiO₂ composites [106]. Reproduced with permission from Elsevier

Their results showed that the thermal conductivity increased by 12.7, 20.6, 46.6, and 80% when the mass fractions of TiO₂ nanoparticle were 0.5, 1, 3, and 5%, respectively. And they considered this PCM could be a good candidate as potential solar thermal energy storage materials due to its high latent heat and thermal reliability of palmitic acid. Harikrishnan et al. [107] dispersed TiO₂ nanoparticles into PCM stearic acid and found this composite can accelerate the melting and solidification rates due to the enhanced heat transfer performance. They also observed that the addition of 0.3% nano-TiO₂ nanoparticles can increase the thermal conductivity of stearic acid by approximately 63%. In their another research [108], they used stearic acid and lauric as base PCM and found an increment of 42% in thermal conductivity and a reduction of only 2% of latent heat of fusion. Motahar et al. [109] dispersed the TiO₂ nanoparticles into organic PCM n-octadecane and found that the maximum enhancements of thermal conductivity in solid and liquid phases occurred at 3 and 4 wt.%, respectively. Moreover, the maximum average thermal conductivity enhancement for both phases was 26.6% when loading 5 wt.% nanoparticles.

Another experimental research focusing on the solidification process of PCM containing TiO₂ nanoparticles was also performed by Motahar et al. [110]. They observed that the rheological behavior of liquid PCM–TiO₂ at higher loading tends to Bingham fluids so that their solidification experiments were performed within 0–2.17 Bingham numbers. The results showed that the addition of TiO₂ nanoparticles can enhance the thermal conduction process and hence increase the solidified volume. For particle mass loading of 1, 2, and 4%, the solidified volume fraction was increased by 7, 9, and 18%, respectively. At last, they proposed a universal correlation to predict the solidified volume fraction as a function of Fourier number, Rayleigh number, solid Stefan number, Bingham number, and particle loading.

Most of the results showed that when adding TiO₂ nanoparticles, the thermal conductivity of PCMs can be greatly increased, while the latent heat will be decreased slightly, which is probably as a result of the thermal conductivity of nanoparticles which is much larger than the base composite, while the nanoparticles will not take part in the phase changing process as the base composite. However, in some case, both of the thermal conductivity and latent heat capacity of PCMs were considered to be elevated. Wang et al. [111] prepared nano-PCMs by adding TiO₂ nanoparticles into paraffin. They found the addition of TiO₂ nanoparticles can change the phase transition temperature and latent heat capacity of paraffin. The phase transition temperature dropped with <1% loading, while increased with>2% loading of particles. The latent heat increased firstly and then decreased as the loading of particles increase. And the turning concentration is 0.7 wt.%, at which a maximum latent heat capacity can be achieved. While the thermal conductivity of the nano-PCMs increased monotonously with the loading of TiO₂ nanoparticles. When the loading of TiO₂ nanoparticles reached 7 wt.%, the thermal conductivity was increased by 13% but the latent heat was reduced by 9%.

Heat Pipes

The characteristics of boiling heat transfer and critical heat flux enhancement of nanofluids can be utilized in the heat pipe to improve its performance and broaden the application range. And some numerical results [112, 113] have shown that for thermosyphon heat pipe, using the nanofluid could achieve a better heat transfer characteristics. Also, some researchers have carried out related research using TiO₂ nanofluids.

Zhou et al. [114] tested gravity heat pipes filled with DI water and TiO₂ nanofluids, where the concentration and filling ratio of nanoparticles were varied and the initial temperature distribution was given. The result indicated that the heat pipes filled with nanofluids had a lower start-up temperature and a shorter start-up time in evaporation section under the condition of a water bath. And the biggest temperature drop between the evaporation section and the condensation section for heat pipes filled with TiO₂ nanofluids was lower than those filled with DI water. The start-up time of heat pipes with filling ratios ranged between 50 and 70% in the evaporation section increased with the increase of the filling ratio and heating temperature, but the small inclination angle had a negative effect on the start-up performance.

Saleh et al. [65] collected data from different nanofluid experiments, where particle volume loading was up to 1.0% and the temperature of measurements ranged from 10 to 60 °C. They discovered that these data agreed with the classical Brownian motion theoretical model. They also investigated experimentally the effect of nanofluids on the thermal performance of heat pipes by measuring the wall temperature and thermal resistance distributions between the evaporation and condensation section. They found that distilled water and nanofluids achieved the best heat transfer performance when the inclination was set to 45° and the charge volume ratio of working fluid was 60%.

In 2015, Monirimanesh et al. [115] designed a thermosyphon-type heat pipe heat exchanger (HPHX) using TiO₂ nanofluids as the working fluid to save energy in an air conditioning system. Their experimental apparatus was constructed as shown in Fig. 10. They establish a pre-cooling and pre-heating device to produce altered conditions of the inlet air for investigating the performance of HPHX. The evaporator and condenser section of the HPHX functioned as a pre-cooler and reheating coil for the air conditioning system respectively. They also employed an electric heater and electric boiler to supply heat and steam into the entered fresh air by a fan for the purpose of simulating the hot and humid climate. Their results showed that using TiO₂ nanofluids and increasing the HPHX number of rows could make a part of air condensed on the evaporator fin, which could enhance the energy in the pre-cooling section. The use of 3 wt.% TiO₂ –methanol nanofluids in a four-row HPHX could achieve the highest energy savings ranging from 30.6 to 32.8% when the inlet air under the properties of 45 °C and 50–74% relative humidity. Based on a comprehensive consideration of the main purpose of supplying the energy required for reheating, they suggested that 2 wt.% TiO₂ –methanol nanofluid for the four-row HPHX would have been adequate and more economical.

Schematic of the experimental apparatus [115]. Reproduced with permission from Springer

Mass Transfer

The mass transfer of nanofluids is another important application aspect of TiO₂ nanofluids. Current research has shown that TiO₂ nanofluids can be used to enhance the absorption process of CO₂ and NH3 as well as the mass transfer coefficient of electrolyte fluids.

Li et al. [116] prepared stable N -methyldiethanolamine (MDEA)-based nanofluids to strengthen the absorption performance of CO₂ in the MDEA solution. The CO₂ absorption characteristics in the gas/liquid interface of nanofluids were investigated by measuring the absolute pressure drop of gas. The mass fraction of MDEA was 50%. And they used two particle mass fractions of 0.1 and 0.4%. The results showed that the CO₂ absorption rate increases with increasing temperature and it is enhanced by the added nanoparticles. However, at 20 and 30 °C, the enhancement caused by the mass fraction of nanoparticle (0.1 and 0.4%) reduced gradually. The effective absorption ratio varied from 1.03 to 1.14. Also, CO₂ bubble absorption ratio increased with the increase of nanoparticle mass fraction.

Yang [117] prepared stable TiO₂ nanofluids without adding dispersant and then carried out a comparative experiment on the falling film performance of absorption of ammonia gas by nanofluids and pure water. The schematic diagram of the experimental system for NH₃ –H₂ O nanofluid falling film absorption is shown in Fig. 11. They found that the absorption rate of ammonia gas can be increased by 10% when adding anatase TiO₂ nanofluids. Wu [118] used the similar experimental device but changed the falling film tube of Fig. 11 into a fin tube. He investigated the effect of rutile TiO₂ nanofluids on the ammonia absorption performance of falling film outside a fin tube. The result showed that the combined use of zigzag tubule and TiO₂ nanofluids can strengthen the ammonia–water falling film absorption and the maximum increment can reach 60.8%.

Schematic diagram of the experimental system for NH₃ –H₂ O nanofluid falling film absorption [117]. 1 NH3 vessel, 2 decompression valve, 3 constant pressure controller, 4 , 11 container of solution, 5 inlet of cooling water, 6 , 10 constant flow controller, 7 falling film tube, 8 visible absorber body, 9 solution distributor, 12 tubes for balancing pressure, 13 outlet of cooling water, 14 HP data acquisition instrument, 15 computer

Beiki et al. [119] investigated experimentally the turbulent mass transfer characteristics of TiO₂ and γ-Al₂ O₃ electrolyte nanofluids in a circular tube. The results showed that adding 0.015 vol.% TiO₂ and 0.01 vol.% γ-Al₂ O₃ could bring an increase in mass transfer coefficient of the electrolyte solution by 18 and 10%, respectively. They found that the enhancement ratio was independent of Reynolds number. The mass transfer coefficients increased firstly and then decreased as the nanoparticle loading increase. They attributed the cause of the existing of optimal particles’ loading to the clustering of nanoparticles and forming bigger agglomerates with smaller Brownian velocity when exceeding the optimum loading.

Coolant of Milling

As a coolant, nanofluids’ heat transfer enhancement characteristic can improve the cooling performance [120]. Moreover, when nanofluids are used for milling, another characteristic of nanofluids viz. enhancement in wear resistance can also play an important role in extending the lifetime of the milling tool.

Yogeswaran et al. [121] investigated experimentally the effects of coolant of TiO₂ –EG nanofluid on the tool wear and workpiece temperature at the various milling conditions when used for milling a stainless steel AISI 304. The milling tool was made of a TiN-coated carbide insert. The results showed that comparing to pure base fluid, the workpiece temperature was reduced by 30% when using the nanofluid as coolant. The tool wear from milling using the EG-based TiO₂ nano-coolant is much less than using the normal commercial coolant because the nanofluids can reduce the heat penetrating into the inserts. And the tool life is increased as a result of the nanoparticles reduces the damage on the edge of the tool.

Muthusamy et al. [122] also compared the efficiency of nanoparticle-based coolant (TiO₂ –EG) and conventional water-soluble coolant on the tool life and wear performance of a TiN-coated carbide insert in the end-milling process of AISI304 stainless steel. The results showed that using TiO₂ –EG nanofluid as coolant could increase the tool life from 32.67 to 54.9 min (increased by 40.55%) comparing to that using TiO₂ –EG nanofluid as coolant instead of water-soluble coolant. They attributed the cause to a Ti nanoparticle layer on the edge of the insert formed during the milling process when using TiO₂ –EG nanofluid, which can be proved from the SEM and EDX of cutting edge as shown in Fig. 12. When using nanofluids as coolant, the oxidation still occurred despite the cutting temperature was reduced at the interface of the tool and workpiece since it can be found from Fig. 12 the O peak on the EDX spectrum. The hard oxidation layer was formed due to the entering of oxygen from TiO₂ –EG nanofluid into the tool–workpiece interface. Then, the hard oxidation layer can protect the tool from micro-cracking and chipping wear because it could not be easily detached despite under the severe impact of the milling force and took parts of the tool surface from the workpiece.

SEM and EDX of cutting edge [122]. At a cutting speed of 1500 rpm, feed rate of 0.02-mm tooth, and axial depth of 0.1 mm using nanoparticle-based coolant at a cutting distance of 180 mm (×60 magnification). Reproduced with permission from Springer

Challenges and Future Works

Challenges

The above energy-related examples have exhibited the extensive application prospect and excellent properties of TiO₂ nanofluids. Although in some cases, especially in heat transfer applications, the heat transfer performance of TiO₂ nanofluids are not better than that of Ag, Cu, and CNT nanofluids, TiO₂ nanofluid is also a good choice due to their comprehensive properties for instance better dispersion and chemical stability, security, and economy.

Although TiO₂ nanofluids have showed great enhancement in heat transfer of solar collectors, refrigeration, energy storage, heat pipes, and coolant of milling, the investigations on the performances including dispersion stability and heat transfer performance after running operations are in great lack. Most dispersion stability studies are in static conditions, but it is important that the nanofluids prepared should be treated in the practical application conditions to examine the dynamic cycle stability and the sustainability of both system performance and components of nanofluids.

Generally, the biggest downside in application of nanofluids is the sedimentation and degeneration of nanoparticles after long running which makes the long-term performances of nanofluid system challenged. Some researchers have proposed a new idea and a novel method to re-disperse the aggregates in real time of the running system [123]. However, the concrete effect of the device has to be verified experimentally, and then, the design and location of the re-dispersion device needs to be improved. The surfactant is expected to have positive effect on the re-dispersion characteristic of aggregates. However, one of the biggest flaws in using surfactants is the occurrence of foaming when the fluids are under flowing or heating conditions which would have adverse impacts on the heat or mass transfer application of nanofluids. This defect suggests the amount of surfactant employed in the nanofluids should be limited.

Another great limitation in application of nanofluid is the increase in pumping power and pressure drop of nanofluids, which is essential for the high-quality application of solar collectors, refrigeration, and heat pipes. For instance, Sajadi and Kazemi [124] found the proportional increase in pressure drop of TiO₂ nanofluids is higher than that of heat transfer coefficient. While Teng et al. [125] found the pressure drop proportion of TiO₂ nanofluids for turbulent flow is lower than that for laminar flow. Therefore, if the extra energy consumption by the increased viscosity of nanofluids exceeds the benefit from the heat or mass transfer enhancement, there will be no application prospect. The most extreme case is when a large amount of agglomerations emerge, the pumping power and pressure drop of nanofluids will be greatly increased, which might lead to serious impact on system performance. Moreover, based on the similarity principle in heat transfer study, for instance in forced convection process, Nusselt number is determined by Reynolds number and Prandtl number, different thermal conductivity and viscosity will induce different Nu even though for the same experimental heat transfer coefficient. Therefore, the properties of nanofluids are essential for quantitative study in those application fields.

Future Works

As a widely used material in considerable fields, TiO₂ has been explored several hundred years, and its nanofluidic form is also firmly worth studying and expected to make greater contributions owing to the outstanding physical and chemical properties. This paper provides a summary of the research outcomes of TiO₂ nanofluids up to now, including the preparation and stability of TiO₂ as well as three vital properties of TiO₂ nanofluids. It can be concluded that TiO₂ nanofluids show very comprehensive applications in heat transfer or other energy fields due to their good dispersion stability in both hydrophilic and lipophilic liquids, nontoxic and non-corrosive natures, chemical stability, lower price, and good appearance. Therefore, TiO₂ nanofluid is thought as one of the closest kinds to practical industrial application environment because of their better dispersion and chemical stability, security, and economy.

However, although TiO₂ nanofluids have shown enormously exciting potential applications, before commercialization of nanofluids, some urgent problems are summarized as follows:

Firstly, acquiring high-quantity nanofluid with outstanding long-term and high-temperature stability is the fundamental of the entire research since in any practical application, it is essential to have a stable suspension.

Secondly, the way to enhance and keep the stability of nanofluids in real time is a key issue in the actual use since the sedimentations of nanoparticles seem inevitable after a long-term running. The method to re-disperse the aggregation of nanoparticles in real time by adding some dispersion device in the system with functions of ultrasound or agitation might be a useful option [123].

Thirdly, although the surfactants were used to improve the dispersion and adhesion performance of nanoparticles in liquid, the effect of surfactants on the physical properties and system performance needs to be investigated. The amount of surfactants should be investigated experimentally owing to the positive and negative effects of surfactants.

Fourth, the pumping power or pressure drop of nanofluids is another challenge for the engineering application. Using nanofluids with higher viscosity than base fluids will induce a higher pressure drop and hence needs more pumping power [125]. The method to achieve higher heat transfer coefficient and lower pressure drop needs to be further studied.

Fifth, the waste management of the invalid nanofluids should also be considered when applying them to industrial systems. The impact on the environment by the nanofluids restricts many kinds of nanofluids containing heavy metal, toxic substance, or other hazardous substances. The super whiteness dyeing behavior of TiO₂ nanofluids should also be noticed to prevent the environment getting contaminated.

Sixth, although some studies have analyzed the entropy generation in tubes [126], microchannels [127], sheet, and other types of flow [128, 129], the entropy generation characteristic of nanofluid in the full system is actually the most important parameter for the full-system application or designing.

Last but not least, there is lack of evaluation index on the performance of nanofluids, especially on the stability, adhesion, and property sustainability of nanofluids. There is no unified indicator to evaluate the stability and adhesion of nanofluids. The uniform evaluation indexes on the different properties of nanofluids are needed [130].

The above problems are urgently needed to solve for the further application of TiO₂ nanofluids, which point out the directions of the future works in this field. It is believed that these problems and challenges will be solved or reduced with the development of nanofluid technology in the future.

Conclusions

This second part of the review summarizes recent research on application of TiO₂ nanofluids and identifies the challenges and opportunities for the further exploration of TiO₂ nanofluids. It can be concluded that although particle loading has exhibited a positive correlation with thermal conductivity of nanofluids, the effects of other factors including particle shape, size, base fluid type, temperature, surfactant, and sonication are unified. Even for particle loading effect, the intensities of growth in thermal conductivity differ widely for different samples. TiO₂ nanofluids have shown good applications in many energy-related filed. However, the indeterminacy of long-term performances for both nanofluid and system and the increment in pressure drop are needed to investigate for further application. The forecast research hotspots are regarded as the long-term and high-temperature stability and re-disperse the aggregation of nanoparticles in real-time system, the required amount of surfactants, the heat transfer and pumping power characteristics, and the evaluation index on the stability, adhesion, and property sustainability of nanofluids.