المبردات القائمة على الموائع 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. سونيك 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) ، هناك حاجة إلى موصلية حرارية عالية. 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 ، حيث يتم تعليق جزيئات بحجم النانومتر في السائل الأساسي مثل الماء أو الجليكول أو الزيت ، حيث تشكل محلولا غرويا. يمكن أن تزيد الموائع النانوية بشكل كبير في الموصلية الحرارية مقارنة بالسوائل التي لا تحتوي على جسيمات نانوية أو جسيمات أكبر. تؤثر المواد والحجم واللزوجة والشحنة السطحية 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 لنقل 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.
UP400St، معالج بالموجات فوق الصوتية قوي بقوة 400 واط لإنتاج الموائع النانوية ذات الموصلية الحرارية الفائقة.
- سطح مرتفع: نسبة حجم لمعدلات نقل طاقة وكتلة أعلى بكثير
- كتلة منخفضة لاستقرار غرواني جيد جدا
- القصور الذاتي المنخفض ، مما يقلل من التآكل
هذه الميزات ذات الصلة بحجم النانو تعطي الموائع النانوية الموصلية الحرارية الاستثنائية الخاصة بها. التشتت بالموجات فوق الصوتية هو التقنية الأكثر كفاءة لإنتاج الجسيمات النانوية الوظيفية والسوائل النانوية.
سوائل نانوية منتجة بالموجات فوق الصوتية مع ملاءمة حرارية فائقة
العديد من المواد النانوية – مثل CNTs ، السيليكا ، الجرافين ، الألومنيوم ، الفضة ، نيتريد البورون ، وغيرها الكثير – وقد ثبت بالفعل أنها تزيد من الملاءمة الحرارية لسوائل نقل الحرارة. أدناه ، يمكنك العثور على نتائج بحث مثالية للسوائل النانوية الموصلة للحرارة المحضرة تحت الموجات فوق الصوتية.
إنتاج الموائع النانوية القائمة على الألوميونيوم مع الموجات فوق الصوتية
أظهر Buonomo et al. (2015) الموصلية الحرارية المحسنة للسوائل النانوية Al2O3 ، والتي تم إعدادها تحت الموجات فوق الصوتية.
من أجل تشتيت الجسيمات النانوية Al2O3 بشكل موحد في الماء ، استخدم الباحثون الموجات فوق الصوتية من نوع مسبار Hielscher UP400S. جسيمات الألومنيوم المنزوعة التكتل والمشتتة بالموجات فوق الصوتية تنتج في حجم جسيم يبلغ حوالي 120 نانومتر لجميع الموائع النانوية – بشكل مستقل عن تركيز الجسيمات. كانت الموصلية الحرارية للسوائل النانوية تزداد عند درجات حرارة أعلى بالمقارنة مع الماء النقي. مع تركيز جسيمات Al2O3 بنسبة 0.5٪ في درجة حرارة الغرفة البالغة 25 درجة مئوية ، تكون الزيادة في الموصلية الحرارية 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 Buonomo et al., 2015]
توزيع حجم الجسيمات لسوائل نيتريد البورون النانوية القائمة على الماء 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 الموائع النانوية القائمة على نيتريد البورون باستخدام الصوتنة
قام Ilhan et al. (2016) بالتحقيق في الموصلية الحرارية للسوائل النانوية القائمة على نيتريد البورون السداسي (hBN). ولهذا الغرض، يتم إنتاج سلسلة من السوائل النانوية المستقرة والمنتشرة بشكل جيد، والتي تحتوي على جسيمات نانوية hBN يبلغ متوسط قطرها 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 الموصلية الحرارية حتى بالنسبة لتركيزات الجسيمات المخففة للغاية. أدى الصوتنة باستخدام جهاز الموجات فوق الصوتية UP400S من نوع المسبار إلى تقليل 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 بعملية الموجات فوق الصوتية وإضافة الفاعل بالسطح. وهذا يجعل التشتت بالموجات فوق الصوتية طريقة فعالة لإعداد السوائل النانوية القائمة على الماء مع تركيزات الجسيمات المختلفة.
[راجع إلهان وآخرون، 2016]
صورة STEM تظهر مورفولوجيا سائل نانوي من الإيثيلين غليكول (EG) مشتت بالموجات فوق الصوتية (EG) مع تركيز حجم الجسيمات بنسبة 0.5٪.
(دراسة ورسوم بيانية: © إلهان وآخرون ، 2016)
“الموجات فوق الصوتية 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 على المدى الطويل ذات أداء متميز.
الموجات فوق الصوتية الصناعية لإنتاج سائل التبريد
مثبت علميا وراسخ صناعيا – Hielscher الموجات فوق الصوتية لإنتاج الموائع النانوية
مشتتات القص عالية الموجات فوق الصوتية هي آلات موثوقة للإنتاج المستمر للمبردات عالية الأداء وسوائل نقل الحرارة. يعرف الخلط بالموجات فوق الصوتية بكفاءته وموثوقيته – حتى عند تطبيق شروط الخلط المطلوبة.
تسمح معدات الموجات فوق الصوتية Hielscher بإعداد سوائل نانوية غير سامة وغير خطرة ، وبعض السوائل النانوية من الدرجة الغذائية. في الوقت نفسه ، فإن جميع أجهزة الموجات فوق الصوتية لدينا عالية الكفاءة وموثوقة وآمنة للعمل وقوية للغاية. تم تصميمه لتشغيل 24/7 ، حتى أجهزة الموجات فوق الصوتية على الطاولة والمتوسطة الحجم لدينا قادرة على إنتاج أحجام رائعة.
اقرأ المزيد عن إنتاج الموجات فوق الصوتية للسوائل النانوية أو اتصل بنا الآن للحصول على استشارة متعمقة واقتراح مجاني لمشتت بالموجات فوق الصوتية!
الجدول أدناه يعطيك مؤشرا على قدرة المعالجة التقريبية لultrasonicators لدينا:
| دفعة حجم | معدل المد و الجزر | الأجهزة الموصى بها |
|---|---|---|
| 1 إلى 500ML | 10 إلى 200ML / دقيقة | UP100H |
| 10 إلى 2000ML | 20 إلى 400ML / دقيقة | Uf200 ः ر، UP400St |
| 00.1 إلى 20L | 00.2 إلى 4L / دقيقة | UIP2000hdT |
| 10 إلى 100L | 2 إلى 10L / دقيقة | UIP4000hdT |
| 15 إلى 150 لتر | 3 إلى 15 لتر/دقيقة | UIP6000hdT |
| زمالة المدمنين المجهولين | 10 إلى 100L / دقيقة | UIP16000 |
| زمالة المدمنين المجهولين | أكبر | مجموعة من UIP16000 |
اتصل بنا! / اسألنا!
Hielscher الفوق صوتيات بتصنيع عالية الأداء المجانسة بالموجات فوق الصوتية لخلط التطبيقات، تشتت، استحلاب واستخراج على المختبر، والطيارية ومقياس الصناعية.
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 العلم
لماذا تعتبر الموائع النانوية جيدة لتطبيقات التبريد ونقل الحرارة؟
فئة جديدة من المبردات هي سوائل نانوية تتكون من سائل أساسي (مثل الماء) ، والذي يعمل كسائل ناقل للجسيمات النانوية الحجم. 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. وهذا يجعل سوائل النانو سوائل تبريد استثنائية عالية الأداء.
ويسمح استخدام سوائل نانوية مصنعة خصيصا تحتوي على جسيمات نانوية موصلة للحرارة بإدخال تحسينات كبيرة على نقل الحرارة وتبددها؛ على سبيل المثال ، زادت قضبان الفضة النانوية التي يبلغ قطرها 55±12 نانومتر ومتوسط طولها 12.8 ميكرومتر عند 0.5 vol.٪ من الموصلية الحرارية للماء بنسبة 68٪ ، و 0.5 vol.٪ من قضبان الفضة النانوية زادت الموصلية الحرارية لسائل التبريد القائم على الإيثيلين غليكول بنسبة 98٪. يمكن لجسيمات الألومينا النانوية بنسبة 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 يعوق تكوين طبقة البخار. يعمل السائل النانوي بتركيز أكثر من 5٪ مثل السوائل غير النيوتونية. (راجع (Oldenburg et al., 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 باسم السوائل النانوية واستخدامها كمبردات له القدرة على تقليل متطلبات الوزن والطاقة لأنظمة التحكم الحراري في المركبات الفضائية. تعتمد الموصلية الحرارية للسوائل النانوية على التركيز والحجم والشكل والكيمياء السطحية وحالة تجميع الجسيمات النانوية المكونة. تم التحقيق في آثار تركيز تحميل الجسيمات النانوية ونسبة العرض إلى الارتفاع للجسيمات النانوية على الموصلية الحرارية واللزوجة للمبردات القائمة على الماء والإيثيلين غليكول. زادت قضبان الفضة النانوية التي يبلغ قطرها 55 ± 12 نانومتر ومتوسط طول 12.8 ± 8.5 ميكرومتر بتركيز 0.5٪ من حيث الحجم من الموصلية الحرارية للماء بنسبة 68٪. تمت زيادة الموصلية الحرارية لسائل التبريد القائم على الإيثيلين غليكول بنسبة 98٪ مع تركيز تحميل نانورود فضي بنسبة 0.5٪ من حيث الحجم. كان للقضبان النانوية الأطول تأثير أكبر على الموصلية الحرارية 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 عالية الأداء المجانسة بالموجات فوق الصوتية من مختبر إلى حجم الصناعية.