Охлаждащи течности на базата на термопроводими нанофлуиди
Ултразвуково синтезирани нанофлуиди са ефективни охлаждащи течности и топлообменник течности. Термопроводимите наноматериали значително увеличават капацитета за пренос на топлина и разсейване на топлината. Sonication е добре установена в синтеза и функционализацията на термопроводими наночастици, както и производството на стабилни високоефективни нанофлуиди за охлаждане приложения.
Нанофлуидни ефекти върху термохидравличните характеристики
Топлопроводимостта на материала е мярка за способността му да провежда топлина. За охлаждащи течности и течност за пренос на топлина (наричана още термична течност или термично масло) се желае висока топлопроводимост. Многобройни наноматериали предлагат големи топлопроводими свойства. За да се използва превъзходната термична чувствителност на наноматериалите, като охлаждащи течности се използват така наречените нанофлуиди. Нанофлуидите са течност, в която частици с нанометрови размери се суспендират в основната течност като вода, гликол или масло, където образуват колоиден разтвор. Нанофлуидите могат значително да увеличат топлопроводимостта в сравнение с течностите без наночастици или по-големи частици. Материалът, размерът, вискозитетът, повърхностният заряд и стабилността на течността на диспергираните наночастици оказват значително влияние върху топлинните характеристики на нанофлуидите. Нанофлуидите бързо придобиват значение в приложенията за пренос на топлина, тъй като те показват превъзходни характеристики на пренос на топлина в сравнение с конвенционалните базови течности.
Ултразвукова дисперсия е високоефективна, надеждна и индустриално установена техника за производство на нанофлуиди с висока производителност капацитет за пренос на топлина.
UP400St, 400W мощен ултразвуков процесор за производство на нанофлуиди с превъзходна топлопроводимост.
- висока повърхност: обемно съотношение за значително по-високи скорости на пренос на енергия и маса
- ниска маса за много добра колоидна стабилност
- ниска инерция, която свежда до минимум ерозията
Тези характеристики, свързани с наноразмера, придават на нанофлуидите тяхната изключителна топлопроводимост. Ултразвукова дисперсия е най-ефективната техника за производство на функционализирани наночастици и нанофлуиди.
Ултразвуково произведени нанофлуиди с превъзходна термична чувствителност
Многобройни наноматериали – като CNTs, силициев диоксид, графен, алуминий, сребро, борен нитрид и много други – вече е доказано, че увеличават топлинната чувствителност на течностите за пренос на топлина. По-долу, можете да намерите примерни резултати от научните изследвания за термопроводими нанофлуиди, приготвени под ултразвук.
Производство на нанофлуиди на базата на алуминий с ултразвук
Buonomo et al. (2015) демонстрира подобрената топлопроводимост на Al2O3 нанофлуиди, които бяха приготвени под ултразвук.
За да диспергират Al2O3 наночастици равномерно във вода, изследователите са използвали Hielscher сонда тип ultrasonicator UP400S. Ултразвуково деагломерирани и диспергирани алуминиеви частици, получени в размер на частиците от приблизително 120 nm за всички нанофлуиди – независимо от концентрацията на частиците. Топлопроводимостта на нанофлуидите се увеличава при по-високи температури в сравнение с чистата вода. При 0,5% концентрация на частици Al2O3 при стайна температура от 25°C увеличението на топлопроводимостта е само около 0,57%, но при 65°C тази стойност се увеличава до около 8%. За обемна концентрация от 4% подобрението преминава от 7,6% до 14,4% с повишаване на температурата от 25 ° C до 65 ° C.
[срв. Buonomo et al., 2015]
Разпределение на размера на частиците на водна основа борен нитрид нанофлуиди с различни концентрация борен нитрид след ултразвук с UP400S (а) 0.1% hBN, (б) 0.5% hBN, (в) 2% hBN
(Проучване и графики: © Ilhan et al., 2016)
Бор нитрид-базирани Nanofluid производство с помощта на ултразвук
Ilhan et al. (2016) изследва топлопроводимостта на нанофлуиди на базата на шестоъгълен борен нитрид (hBN). За тази цел серия от добре диспергирани, стабилни нанофлуиди, съдържащи hBN наночастици със среден диаметър 70 nm, се произвеждат с двуетапен метод, включващ ултразвук и повърхностноактивни вещества като натриев додецил сулфат (SDS) и поливинилпиролидон (PVP). Ултразвуково диспергираният hBN-воден нанофлуид показва значително увеличение на топлопроводимостта дори при много разредени концентрации на частици. Sonication с ултразвук тип сонда UP400S намалява средния размер на частиците на агрегати до 40-60 nm диапазон. Изследователите заключават, че големите и плътни агрегати от борен нитрид, които са наблюдавани в необработено сухо състояние, са счупени с процеса на ултразвук и добавянето на повърхностноактивно вещество. Това прави ултразвуковата дисперсия ефективен метод за приготвяне на нанофлуиди на водна основа с различни концентрации на частици.
[срв. Илхан и др., 2016]
STEM изображение, показващо морфология на ултразвуково диспергиран hBN нанофлуид на основата на етилен гликол (EG) с обемна концентрация на частици 0,5%.
(Проучване и графики: © Ilhan et al., 2016)
“Ultrasonication е най-широко използваният процес в литературата за увеличаване на стабилността на нанофлуиди.” [Илхан и др., 2016] А също и в промишленото производство, ултразвук в днешно време е най-ефективната, надеждна и икономична техника за получаване на дългосрочни стабилни нанофлуиди с изключителна производителност.
Промишлени ultrasonicators за производство на охлаждаща течност
Научно доказани, индустриално установени – Hielscher Ultrasonicators за производство на нанофлуиди
Ултразвуковите разпръсквачи с високо срязване са надеждни машини за непрекъснато производство на високоефективни охлаждащи течности и течности за пренос на топлина. Ултразвуково задвижване смесване е известен със своята ефективност и надеждност – дори когато се прилагат взискателни условия за смесване.
Hielscher Ultrasonics оборудване позволява да се подготвят нетоксични, неопасни, някои дори хранителни нанотечности. В същото време, всички наши ultrasonicators са високоефективни, надеждни, безопасни за работа, и много здрави. Построен за 24/7 работа, дори нашите пейка-отгоре и среден размер ultrasonicators са в състояние да произвеждат забележителни обеми.
Прочетете повече за ултразвуково производство на нанофлуиди или се свържете с нас точно сега, за да получите задълбочена консултация и безплатно предложение за ултразвуков разпръсквач!
Таблицата по-долу дава индикация за приблизителната капацитет за преработка на нашите ultrasonicators:
| Партида том | Дебит | Препоръчителни Devices |
|---|---|---|
| 1 до 500mL | 10 до 200 ml / мин | UP100H |
| 10 до 2000mL | 20 до 400 ml / мин | Uf200 ः т, UP400St |
| 00,1 до 20L | 00,2 до 4 л / мин | UIP2000hdT |
| 10 до 100L | 2 до 10 л / мин | UIP4000hdT |
| от 15 до 150L | 3 до 15L/min | UIP6000hdT |
| п.а. | 10 до 100 L / мин | UIP16000 |
| п.а. | по-голям | струпване на UIP16000 |
Свържете се с нас! / Попитай ни!
Hielscher Ultrasonics произвежда високопроизводителни ултразвукови хомогенизатори за смесване на приложения, дисперсия, емулгиране и екстракция на лаборатория, пилот и промишлен мащаб.
Литература / Препратки
- 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.
Факти заслужава да се знае
Защо нанофлуидите са добри за приложения за охлаждане и пренос на топлина?
Нов клас охлаждащи течности са нанофлуиди, които се състоят от основна течност (например вода), която действа като носеща течност за частици с наноразмери. Специално проектираните наночастици (например наноразмерни CuO, алуминиев оксид титанов диоксид, въглеродни нанотръби, силициев диоксид или метали като мед, сребърни нанопръти), диспергирани в основната течност, могат значително да подобрят капацитета за пренос на топлина на получения нанофлуид. Това прави нанофлуидите изключително високоефективни охлаждащи течности.
Използването на специално произведени нанофлуиди, съдържащи термопроводими наночастици, позволява значителни подобрения в преноса и разсейването на топлината; Например сребърните нанопръчки с диаметър 55±12 nm и средна дължина 12,8 μm при 0,5 обемни % увеличават топлопроводимостта на водата с 68%, а 0,5 об.% от сребърните нанопръчици увеличават топлопроводимостта на охлаждащата течност на основата на етилен гликол с 98%. Наночастиците от диалуминиев триоксид при 0,1% могат да увеличат критичния топлинен поток на водата с до 70%; Частиците образуват груба пореста повърхност върху охладения обект, което насърчава образуването на нови мехурчета, а хидрофилната им природа след това помага за изтласкването им, възпрепятствайки образуването на парния слой. Нанофлуид с концентрация повече от 5% действа като не-нютонови течности. (срв. (Oldenburg et al., 2007)
Добавянето на метални наночастици към охлаждащите течности, използвани в системите за термичен контрол, може драстично да увеличи топлопроводимостта на основната течност. Такива композитни материали от метални наночастици-течности се наричат нанофлуиди и използването им като охлаждащи течности има потенциал да намали изискванията за тегло и мощност на системите за термичен контрол на космическите кораби. Топлопроводимостта на нанофлуидите зависи от концентрацията, размера, формата, химията на повърхността и състоянието на агрегация на съставните наночастици. Изследвани са ефектите от концентрацията на зареждане с наночастици и съотношението на наночастиците върху топлопроводимостта и вискозитета на охлаждащите течности на основата на вода и етиленгликол. Сребърните нанопръти с диаметър 55 ± 12 nm и средна дължина 12,8 ± 8,5 μm при концентрация 0,5% обемни увеличават топлопроводимостта на водата с 68%. Топлопроводимостта на охлаждащата течност на основата на етилен гликол се увеличава с 98% при концентрация на натоварване на сребърен нанород от 0,5% обемно. По-дългите нанопръчки имат по-голям ефект върху топлопроводимостта, отколкото по-късите нанопръчки при същата плътност на натоварване. Въпреки това, по-дългите нанородове също увеличават вискозитета на основната течност в по-голяма степен от по-късите нанородове.
(Олденбург и др., 2007)
Hielscher Ultrasonics произвежда високопроизводителни ултразвукови хомогенизатори от лаборатория да се промишлени размери.