Охлаждащи течности на базата на топлопроводими нанофлуиди
Ултразвуково синтезираните нанофлуиди са ефективни охлаждащи течности и течности за топлообменници. Топлопроводимите наноматериали значително увеличават топлопреноса и капацитета за разсейване на топлината. Соникацията е добре установена в синтеза и функционализацията на термопроводими наночастици, както и в производството на стабилни високоефективни нанофлуиди за охлаждащи 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. Многобройните наноматериали предлагат страхотни топлопроводими свойства. За да се използва превъзходната топлинна гъвкавост на наноматериалите, като охлаждащи течности се използват така наречените нанофлуиди. Нанофлуидите са течност, в която частици с нанометров размер са суспендирани в основната течност като вода, гликол или масло, където образуват колоиден разтвор. Нанофлуидите могат значително да увеличат топлопроводимостта в сравнение с течности без наночастици или по-големи частици. Материалът, размерът, вискозитетът, повърхностният заряд и стабилността на течността на диспергираните наночастици влияят значително върху топлинните характеристики на нанофлуидите. Нанофлуидите бързо придобиват значение в приложенията за пренос на топлина, тъй като показват превъзходна производителност на топлопреминаване в сравнение с конвенционалните базови флуиди.
Ултразвуковата дисперсия е високоефективна, надеждна и индустриално утвърдена техника за производство на нанофлуиди с високоефективен капацитет за пренос на топлина.
UP400St, 400W мощен ултразвуков процесор за производството 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, което минимизира ерозията
Тези характеристики, свързани с наноразмера, придават на нанофлуидите тяхната изключителна топлопроводимост. Ултразвуковата дисперсия е най-ефективната техника за производство на функционализирани наночастици и нанофлуиди.
Ултразвуково произведени нанофлуиди с превъзходна топлинна мощност
Множество наноматериали – като CNT, силициев диоксид, графен, алуминий, сребро, борен нитрид и много други – вече е доказано, че увеличават топлинната благоприятност на течностите за пренос на топлина. По-долу можете да намерите примерни резултати от изследвания за термопроводими нанофлуиди, приготвени под ултразвук.
Производство на нанофлуиди на базата на алумиуний с ултразвук
Buonomo et al. (2015) демонстрира подобрена топлопроводимост на нанофлуиди Al2O3, които са приготвени под ултразвук.
За да диспергират равномерно наночастиците на Al2O3 във вода, изследователите са използвали ултразвуковия ултразвук UP400S от типа на сондата на Hielscher. Ултразвуково деагломерирани и диспергирани алуминиеви частици с размер на частиците 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%. При обемна концентрация от 4% подобрението се увеличава от 7,6% на 14,4% с повишаване на температурата от 25°C до 65°C.
[срв. Buonomo et al., 2015]
Разпределение на размера на частиците на нанофлуиди от борен нитрид на водна основа с различна концентрация на борен нитрид след ултразвук с UP400S (a) 0,1% hBN, (b) 0,5% hBN, (c) 2% hBN
(Проучване и графики: © Ilhan et al., 2016)
Производство на нанофлуиди на базата на борен нитрид с помощта на соникация
Ilhan et al. (2016) изследват топлопроводимостта на нанофлуиди на базата на хексагонален борен нитрид (hBN). За тази цел се произвеждат серия от добре диспергирани, стабилни нанофлуиди, съдържащи hBN наночастици със среден диаметър 70 nm, с двуетапен метод, включващ ултразвук и повърхностноактивни вещества като натриев додецил сулфат (SDS) и поливинил пиролидон (PVP). Ултразвуково диспергираната hBN-водна нанотечност показва значително увеличение на топлопроводимостта дори при много разредени концентрации на частици. Уникирането със сондовия ултразвуков апарат UP400S намалява средния размер на частиците на агрегатите до диапазон 40–60 nm. Изследователите заключават, че големи и плътни агрегати от борен нитрид, които са наблюдавани в необработено сухо състояние, се разбиват с ултразвуков процес и добавяне на повърхностно активно вещество. Това прави ултразвуковата дисперсия ефективен метод за приготвяне на нанофлуиди на водна основа с различни концентрации на частици.
[срв. Ilhan et al., 2016]
STEM изображение, показващо морфология на ултразвуково диспергирана нанотечност на базата на етилен гликол (EG) с 0,5% обемна концентрация на частици.
(Проучване и графики: © Ilhan et al., 2016)
“Ултразвукът е най-широко използваният процес в литературата за повишаване на стабилността на нанофлуидите.” [Илхан и др., 2016] А също и в промишленото производство, ултразвукът в днешно време е най-ефективната, надеждна и икономична техника за получаване на дългосрочни стабилни нанофлуиди с изключителна производителност.
Индустриални ултразвукови апарати за производство на охлаждаща течност
Научно доказано, индустриално доказано – Ултразвукови апарати Hielscher за производство на нанофлуиди
Ултразвуковите диспергатори с висока степен на срязване са надеждни машини за непрекъснато производство на високоефективни охлаждащи течности и течности за пренос на топлина. Ултразвуковото смесване е известно със своята ефективност и надеждност – дори когато се прилагат взискателни условия за смесване.
Оборудването на Hielscher Ultrasonics позволява да се приготвят нетоксични, неопасни, някои дори хранителни нанофлуиди. В същото време всички наши ултразвукови уреди са високоефективни, надеждни, безопасни за работа и много здрави. Създадени за работа 24/7, дори нашите настолни и средни ултразвукови уреди са в състояние да произвеждат забележителни обеми.
Прочетете повече за ултразвуковото производство на нанофлуиди или се свържете с нас още сега, за да получите задълбочена консултация и безплатно предложение за ултразвуков диспергатор!
Таблицата по-долу ви дава представа за приблизителния капацитет на обработка на нашите ултразвукови апарати:
| Обем на партидата | Дебит | Препоръчителни устройства |
|---|---|---|
| 1 до 500 мл | 10 до 200 мл/мин | UP100H |
| 10 до 2000 мл | 20 до 400 мл/мин | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 до 20L | 0.2 до 4 л/мин | UIP2000hdT |
| 10 до 100L | 2 до 10 л/мин | UIP4000hdT |
| 15 до 150L | 3 до 15 л/мин | UIP6000hdT |
| Н.А. | 10 до 100 л/мин | UIP16000 |
| Н.А. | Голям | Клъстер от UIP16000 |
Свържете се с нас! / Попитайте ни!
Hielscher Ultrasonics произвежда високоефективни ултразвукови хомогенизатори за смесване, дисперсия, емулгиране и екстракция в лабораторен, пилотен и индустриален 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, които си струва да знаете
Защо нанофлуидите са добри за приложения за охлаждане и пренос на топлина?
Нов клас охлаждащи течности са нанофлуиди, които се състоят от основна течност (напр. вода), която действа като носеща течност за наноразмерни частици. Специално проектираните наночастици (напр. CuO с наноразмер, алуминиев титанов диоксид, въглеродни нанотръби, силициев диоксид или метали като мед, сребърни нанопръчки), 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 нанопръчици с диаметър 55±12 nm и средна дължина 12,8 μm при 0,5 об.% 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%. Алуминиевите наночастици при 0,1% могат да увеличат критичния топлинен поток на водата с до 70%; Частиците образуват грапава 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. Нанофлуидът с концентрация над 5% действа като ненютонови 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 метални наночастици-течни композитни материали се наричат нанофлуиди и използването им като охлаждащи течности има потенциала 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 агрегационното състояние на съставните наночастици. Изследвани са ефектите от концентрацията на натоварване на наночастиците и съотношението на страните на наночастиците върху топлопроводимостта и вискозитета на водата и охлаждащите течности на основата на етилен гликол. Сребърните нанопръчици с диаметър 55 ± 12 nm и средна дължина 12,8 ± 8,5 μm при концентрация 0,5% по обем увеличават топлопроводимостта на водата с 68%. Топлопроводимостта на охлаждаща течност на основата на етилен гликол е увеличена с 98% с концентрация на натоварване на сребърни нанопръчки от 0,5% обемни. По-дългите нанопръчици имат по-голям ефект върху топлопроводимостта от по-късите нанопръчици при същата плътност на натоварване. Въпреки това, по-дългите нанопръчици също увеличават вискозитета на основната течност в по-голяма степен от по-късите нанопръчки.
(Oldenburg et al., 2007)
Hielscher Ultrasonics произвежда високоефективни ултразвукови хомогенизатори от лаборатория да индустриален размер.