المبردات القائمة على السوائل النانوية الموصلة للحرارة
السوائل النانوية المركبة بالموجات فوق الصوتية هي مبردات فعالة وسوائل مبادل حراري. تزيد المواد النانوية الموصلة للحرارة من نقل الحرارة وقدرة تبديد الحرارة بشكل كبير. Sonication راسخة في توليف وتشغيل الجسيمات النانوية الموصلة للحرارة وكذلك إنتاج سوائل نانوية مستقرة عالية الأداء لتطبيقات التبريد.
تأثيرات الموائع النانوية على الأداء الحراري الهيدروليكي
الموصلية الحرارية للمادة هي مقياس لقدرتها على توصيل الحرارة. بالنسبة للمبردات وسائل نقل الحرارة (وتسمى أيضا السائل الحراري أو الزيت الحراري) ، فإن الموصلية الحرارية العالية مطلوبة. توفر العديد من المواد النانوية خصائص موصلة للحرارة رائعة. من أجل استخدام الملاءمة الحرارية الفائقة للمواد النانوية ، يتم استخدام ما يسمى بالسوائل النانوية كسوائل تبريد. الموائع النانوية هي سائل، تعلق فيه جسيمات بحجم النانومتر في المائع الأساسي مثل الماء أو الجليكول أو الزيت؛ حيث تشكل محلولا غرويا. يمكن أن تزيد الموائع النانوية بشكل كبير في التوصيل الحراري مقارنة بالسوائل التي لا تحتوي على جسيمات نانوية أو جزيئات أكبر. تؤثر المواد والحجم واللزوجة وشحنة السطح واستقرار السوائل للجسيمات النانوية المشتتة على الأداء الحراري للسوائل النانوية بشكل كبير. تكتسب الموائع النانوية أهمية سريعة في تطبيقات نقل الحرارة لأنها تظهر أداء فائقا في نقل الحرارة عند مقارنتها بالسوائل الأساسية التقليدية.
التشتت بالموجات فوق الصوتية هو تقنية عالية الكفاءة وموثوقة وراسخة صناعيا لإنتاج سوائل نانوية ذات قدرات نقل حرارة عالية الأداء.
- نسبة سطح عالية الحجم لمعدلات نقل طاقة وكتلة أعلى بكثير
- كتلة منخفضة لاستقرار غروي جيد جدا
- القصور الذاتي المنخفض ، مما يقلل من التآكل
هذه الميزات ذات الصلة بحجم النانو تعطي الموائع النانوية موصلية حرارية استثنائية. التشتت بالموجات فوق الصوتية هو التقنية الأكثر كفاءة لإنتاج الجسيمات النانوية الوظيفية والسوائل النانوية.
السوائل النانوية المنتجة بالموجات فوق الصوتية مع قدرة حرارية فائقة
العديد من المواد النانوية – مثل الأنابيب النانوية الكربونية والسيليكا والجرافين والألمنيوم والفضة ونيتريد البورون وغيرها الكثير – ثبت بالفعل أنها تزيد من القدرة الحرارية لسوائل نقل الحرارة. أدناه ، يمكنك العثور على نتائج بحثية مثالية للسوائل النانوية الموصلة للحرارة المعدة تحت الموجات فوق الصوتية.
إنتاج السوائل النانوية القائمة على الألوميونيوم مع الموجات فوق الصوتية
أظهر Buonomo et al. (2015) الموصلية الحرارية المحسنة للسوائل النانوية Al2O3 ، والتي تم تحضيرها تحت الموجات فوق الصوتية.
من أجل تفريق الجسيمات النانوية Al2O3 بشكل موحد في الماء ، استخدم الباحثون الموجات فوق الصوتية من نوع مسبار Hielscher UP400S. تنتج جزيئات الألومنيوم المنزوعة التكتل والمشتتة بالموجات فوق الصوتية حجم جسيم يبلغ حوالي 120 نانومتر لجميع السوائل النانوية – بشكل مستقل عن تركيز الجسيمات. كانت الموصلية الحرارية للسوائل النانوية تزداد عند درجات حرارة أعلى مقارنة بالماء النقي. مع تركيز جسيمات Al2O3 بنسبة 0.5٪ عند درجة حرارة الغرفة البالغة 25 درجة مئوية ، تكون الزيادة في التوصيل الحراري حوالي 0.57٪ فقط ، ولكن عند 65 درجة مئوية تزداد هذه القيمة إلى حوالي 8٪. بالنسبة لتركيز الحجم بنسبة 4٪ ، ينتقل التحسين من 7.6٪ إلى 14.4٪ مع ارتفاع درجة الحرارة من 25 درجة مئوية إلى 65 درجة مئوية.
[راجع بونومو وآخرون ، 2015]
توزيع حجم الجسيمات للسوائل النانوية من نيتريد البورون المائي مع تركيز نيتريد البورون المختلفة بعد الموجات فوق الصوتية مع UP400S (أ) 0.1٪ hBN ، (ب) 0.5٪ hBN ، (ج) 2٪ hBN
(دراسة ورسوم بيانية: © إلهان وآخرون ، 2016)
إنتاج السوائل النانوية القائمة على نيتريد البورون باستخدام Sonication
قام Ilhan et al. (2016) بالتحقيق في التوصيل الحراري للسوائل النانوية القائمة على نيتريد البورون السداسي (hBN). لهذا الغرض ، يتم إنتاج سلسلة من السوائل النانوية المستقرة والمنتشرة جيدا ، والتي تحتوي على جسيمات نانوية hBN بقطر متوسط يبلغ 70 نانومتر ، بطريقة من خطوتين تتضمن الموجات فوق الصوتية والمواد الخافضة للتوتر السطحي مثل كبريتات دوديسيل الصوديوم (SDS) والبولي فينيل بيروليدون (PVP). يظهر السائل النانوي hBN-Water المشتت بالموجات فوق الصوتية زيادة كبيرة في التوصيل الحراري حتى بالنسبة لتركيزات الجسيمات المخففة جدا. خفضت Sonication مع الموجات فوق الصوتية من نوع المسبار UP400S متوسط حجم الجسيمات من الركام إلى نطاق 40-60 نانومتر. وخلص الباحثون إلى أن مجاميع نيتريد البورون الكبيرة والكثيفة ، والتي لوحظت في حالة جافة غير معالجة ، يتم كسرها مع عملية الموجات فوق الصوتية وإضافة الفاعل بالسطح. هذا يجعل التشتت بالموجات فوق الصوتية طريقة فعالة لإعداد السوائل النانوية القائمة على الماء بتركيزات مختلفة من الجسيمات.
[راجع إلهان وآخرون ، 2016]
صورة STEM تظهر مورفولوجيا سائل نانوي hBN مشتت بالموجات فوق الصوتية مع تركيز حجم الجسيمات بنسبة 0.5٪.
(دراسة ورسوم بيانية: © إلهان وآخرون ، 2016)
“Ultrasonication هي العملية الأكثر استخداما على نطاق واسع في الأدبيات لزيادة استقرار السوائل النانوية.” [إلهان وآخرون ، 2016] وأيضا في الإنتاج الصناعي ، تعد الصوتنة في الوقت الحاضر التقنية الأكثر فعالية وموثوقية واقتصادية للحصول على سوائل نانوية مستقرة طويلة الأجل ذات أداء متميز.
الموجات فوق الصوتية الصناعية لإنتاج المبرد
مثبتة علميا ، راسخة صناعيا – Hielscher الموجات فوق الصوتية لإنتاج السوائل النانوية
المشتتات عالية القص بالموجات فوق الصوتية هي آلات موثوقة للإنتاج المستمر لوسائل التبريد عالية الأداء وسوائل نقل الحرارة. يعرف الخلط المدفوع بالموجات فوق الصوتية بكفاءته وموثوقيته – حتى عند تطبيق شروط الخلط الصعبة.
Hielscher Ultrasonics المعدات يسمح لإعداد غير سامة، غير خطرة، وبعض السوائل النانوية الغذاء الصف. في الوقت نفسه ، جميع الموجات فوق الصوتية لدينا عالية الكفاءة وموثوقة وآمنة للعمل وقوية للغاية. بنيت لعملية 24/7 ، حتى لدينا أعلى مقاعد البدلاء ومتوسطة الحجم الموجات فوق الصوتية قادرة على إنتاج أحجام ملحوظة.
اقرأ المزيد عن إنتاج السوائل النانوية بالموجات فوق الصوتية أو اتصل بنا الآن للحصول على استشارة متعمقة واقتراح مجاني لمشتت بالموجات فوق الصوتية!
يمنحك الجدول أدناه مؤشرا على قدرة المعالجة التقريبية لأجهزة الموجات فوق الصوتية لدينا:
| حجم الدفعة | معدل التدفق | الأجهزة الموصى بها |
|---|---|---|
| 1 إلى 500 مل | 10 إلى 200 مل / دقيقة | UP100H |
| 10 إلى 2000 مل | 20 إلى 400 مل / دقيقة | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 إلى 20 لتر | 0.2 إلى 4 لتر / دقيقة | UIP2000hdT |
| 10 إلى 100 لتر | 2 إلى 10 لتر / دقيقة | UIP4000hdT |
| 15 إلى 150 لتر | 3 إلى 15 لتر / دقيقة | UIP6000hdT |
| ن.أ. | 10 إلى 100 لتر / دقيقة | UIP16000 |
| ن.أ. | أكبر | مجموعة من UIP16000 |
اتصل بنا! / اسألنا!
Hielscher Ultrasonics بتصنيع المجانسات بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء لخلط التطبيقات، والتشتت، والاستحلاب والاستخراج على المختبر، التجريبية والصناعية النطاق.
الأدب / المراجع
- B. Buonomo, O. Manca, L. Marinelli, S. Nardini (2015): Effect of temperature and sonication time on nanofluid thermal conductivity measurements by nano-flash method. Applied Thermal Engineering 2015.
- Beybin İlhan, Melike Kurt, Hakan Ertürk (2016): Experimental investigation of heat transfer enhancement and viscosity change of hBN nanofluids. Experimental Thermal and Fluid Science, Volume 77, 2016. 272-283.
- Oldenburg, S., Siekkinen, A., Darlington, T., Baldwin, R. (2007): Optimized Nanofluid Coolants for Spacecraft Thermal Control Systems. SAE Technical Paper, 2007.
- Mehdi Keyvani, Masoud Afrand, Davood Toghraie, Mahdi Reiszadeh (2018): An experimental study on the thermal conductivity of cerium oxide/ethylene glycol nanofluid: developing a new correlation. Journal of Molecular Liquids, Volume 266, 2018, 211-217.
حقائق تستحق المعرفة
لماذا تعتبر السوائل النانوية جيدة لتطبيقات التبريد ونقل الحرارة؟
فئة جديدة من المبردات هي السوائل النانوية التي تتكون من سائل أساسي (مثل الماء) ، والذي يعمل كسائل حامل للجسيمات ذات الحجم النانوي. يمكن للجسيمات النانوية المصممة لهذا الغرض (مثل CuO بحجم النانو أو ثاني أكسيد التيتانيوم الألومينا أو الأنابيب النانوية الكربونية أو السيليكا أو المعادن مثل النحاس أو قضبان الفضة النانوية) المنتشرة في السائل الأساسي أن تعزز قدرة نقل الحرارة للسائل النانوي الناتج بشكل كبير. هذا يجعل السوائل النانوية سوائل تبريد عالية الأداء غير عادية.
يسمح استخدام الموائع النانوية المصنعة خصيصا التي تحتوي على جسيمات نانوية موصلة للحرارة بتحسينات كبيرة في نقل الحرارة وتبديدها ؛ على سبيل المثال ، زادت قضبان الفضة النانوية التي يبلغ قطرها 55±12 نانومتر ومتوسط طولها 12.8 ميكرومتر عند 0.5 حجم.٪ من الموصلية الحرارية للماء بنسبة 68٪ ، و 0.5٪ من قضبان الفضة النانوية زادت الموصلية الحرارية لسائل التبريد القائم على جلايكول الإيثيلين بنسبة 98٪. يمكن لجسيمات الألومينا النانوية عند 0.1٪ أن تزيد من التدفق الحراري الحرج للمياه بنسبة تصل إلى 70٪ ؛ تشكل الجسيمات سطحا مساميا خشنا على الجسم المبرد ، مما يشجع على تكوين فقاعات جديدة ، ثم تساعد طبيعتها المحبة للماء على دفعها بعيدا ، مما يعيق تكوين طبقة البخار. يعمل السائل النانوي بتركيز أكثر من 5٪ مثل السوائل غير النيوتونية. (راجع (أولدنبورغ وآخرون ، 2007)
يمكن أن تؤدي إضافة الجسيمات النانوية المعدنية إلى المبردات المستخدمة في أنظمة التحكم الحراري إلى زيادة التوصيل الحراري للسائل الأساسي بشكل كبير. ويشار إلى هذه المواد المركبة من الجسيمات النانوية المعدنية بالسوائل النانوية بالسوائل النانوية وينطوي استخدامها كمبردات على إمكانية تقليل الوزن ومتطلبات الطاقة لنظم التحكم الحراري للمركبات الفضائية. تعتمد الموصلية الحرارية للسوائل النانوية على التركيز والحجم والشكل وكيمياء السطح وحالة التجميع للجسيمات النانوية المكونة. تم دراسة تأثيرات تركيز تحميل الجسيمات النانوية ونسبة العرض إلى الارتفاع للجسيمات النانوية على التوصيل الحراري ولزوجة الماء والمبردات القائمة على جلايكول الإيثيلين. زادت قضبان الفضة النانوية التي يبلغ قطرها 55 ± 12 نانومتر ومتوسط طولها 12.8 ± 8.5 ميكرومتر بتركيز 0.5٪ من حيث الحجم من التوصيل الحراري للماء بنسبة 68٪. تمت زيادة الموصلية الحرارية لسائل التبريد القائم على جلايكول الإيثيلين بنسبة 98٪ مع تركيز تحميل نانورود فضي بنسبة 0.5٪ من حيث الحجم. كان للقضبان النانوية الأطول تأثير أكبر على التوصيل الحراري من القضبان النانوية الأقصر بنفس كثافة التحميل. ومع ذلك ، زادت القضبان النانوية الأطول أيضا من لزوجة السائل الأساسي إلى حد أكبر من القضبان النانوية الأقصر.
(أولدنبورغ وآخرون ، 2007)
Hielscher الفوق صوتيات بتصنيع الخالط بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء من المختبر ل الحجم الصناعي.