Rashladna sredstva na bazi termoprovodljivih nanofluida

Ultrazvučno sintetizirani nanofluidi su efikasna rashladna sredstva i tekućine za izmjenjivače toplote. Termoprovodljivi nanomaterijali znatno povećavaju prijenos toplote i kapacitet odvođenja toplote. Ultrazvučna obrada (sonikacija) je dobro etablirana u sintezi i funkcionalizaciji termoprovodljivih nanočestica te u proizvodnji stabilnih visokoučinkovitih nanofluida za primjene hlađenja.

Učinci nanofluida na termohidrauličke performanse

Toplotna provodljivost materijala je mjera njegove sposobnosti provođenja toplote. Za rashladna sredstva i fluide za prijenos toplote (koji se nazivaju i termalni fluid ili termalno ulje) poželjna je visoka toplotna provodljivost. Brojni nanomaterijali nude odlična termoprovodljiva svojstva. Kako bi se iskoristila superiorna toplotna provodljivost nanomaterijala, kao rashladne tekućine koriste se tzv. nanofluidi. Nanofluid je fluid u kojem su čestice nanometarske veličine suspendirane u osnovnom fluidu poput vode, glikola ili ulja, gdje formiraju koloidnu otopinu. Nanofluidi mogu značajno povećati toplotnu provodljivost u poređenju s tekućinama bez nanočestica ili većih čestica. Materijal, veličina, viskoznost, površinsko naelektrisanje i stabilnost fluida dispergiranih nanočestica značajno utječu na toplotne performanse nanofluida. Nanofluidi brzo dobivaju na značaju u primjenama prijenosa toplote jer pokazuju superiorne performanse prijenosa toplote u poređenju s konvencionalnim osnovnim fluidima.
Ultrazvučna disperzija je visoko efikasna, pouzdana i industrijski etablirana tehnika za proizvodnju nanofluida s visokoučinkovitim kapacitetima prijenosa toplote.

Ultrazvučno sintetizirani nanofluidi efikasna su rashladna sredstva i tečnosti za izmjenjivače toplote. Toplotno provodljivi nanomaterijali znatno povećavaju prijenos toplote i kapacitet njenog odvođenja. Sonikacija je dobro etablirana u sintezi i funkcionalizaciji toplotno provodljivih nanočestica, kao i u proizvodnji stabilnih nanofluida visokih performansi za primjenu u hlađenju.

Ultrazvučna obrada omogućuje iskorištavanje prednosti čestica nanoveličine, kao što su

• visok omjer površina : volumen za znatno veće brzine prijenosa energije i mase
• mala masa za vrlo dobru koloidnu stabilnost
• mala inercija, što minimizira eroziju

Ove karakteristike povezane s nanoveličinom daju nanofluidima njihovu izuzetnu toplotnu provodljivost. Ultrazvučna disperzija je najefikasnija tehnika za proizvodnju funkcionaliziranih nanočestica i nanofluida.

Ultrazvučno proizvedeni nanofluidi superiorne toplotne provodljivosti

Brojni nanomaterijali – kao što su CNT-ovi, silicij-dioksid, grafen, aluminij, srebro, bor-nitrid i mnogi drugi – već su se pokazali kao sredstva za povećanje toplotne provodljivosti fluida za prijenos toplote. U nastavku možete pronaći primjere rezultata istraživanja o termoprovodljivim nanofluidima pripremljenim ultrazvučnom obradom.

Proizvodnja nanofluida na bazi aluminija pomoću ultrazvuka

Buonomo i sur. (2015) pokazali su poboljšanu toplotnu provodljivost nanofluida Al2O3 pripremljenih ultrazvučnom obradom.
Kako bi ravnomjerno dispergirali nanočestice Al2O3 u vodi, istraživači su koristili Hielscher ultrazvučni uređaj sa sondom UP400S. Ultrazvučno deaglomerirane i dispergirane čestice aluminija rezultirale su veličinom čestica od približno 120 nm za sve nanofluide – neovisno o koncentraciji čestica. Toplotna provodljivost nanofluida rasla je pri višim temperaturama u poređenju s čistom vodom. Pri koncentraciji čestica Al2O3 od 0,5% na sobnoj temperaturi od 25°C povećanje toplotne provodljivosti iznosi samo oko 0,57%, ali pri 65°C ta vrijednost raste na oko 8%. Za volumnu koncentraciju od 4% poboljšanje ide od 7,6% do 14,4% uz porast temperature od 25°C do 65°C.
[usp. Buonomo et al., 2015]

Proizvodnja nanofluida na bazi bor-nitrida pomoću sonikacije

Ilhan i sur. (2016) istraživali su toplotnu provodljivost nanofluida na bazi heksagonalnog bor-nitrida (hBN). U tu svrhu serija dobro dispergiranih, stabilnih nanofluida, koji sadrže nanočestice hBN srednjeg promjera 70 nm, proizvedena je dvostepenom metodom koja uključuje ultrazvučnu obradu i surfaktante poput natrij-dodecilsulfata (SDS) i polivinilpirolidona (PVP). Ultrazvučno dispergirani nanofluid hBN–voda pokazuje značajno povećanje toplotne provodljivosti čak i pri vrlo razrijeđenim koncentracijama čestica. Sonikacija uređajem sa sondom UP400S smanjila je prosječnu veličinu čestica agregata na raspon od 40–60 nm. Istraživači zaključuju da se veliki i gusti agregati bor-nitrida, uočeni u netretiranom suhom stanju, razbijaju procesom ultrazvučne obrade i dodatkom surfaktanata. To ultrazvučnu disperziju čini efikasnom metodom za pripremu nanofluida na bazi vode s različitim koncentracijama čestica.
[usp. Ilhan et al., 2016]

„Ultrazvučna obrada je najšire korišten proces u literaturi za povećanje stabilnosti nanofluida.“ [Ilhan et al., 2016] Također je i u industrijskoj proizvodnji sonikacija danas najefikasnija, najpouzdanija i najekonomičnija tehnika za dobivanje dugoročno stabilnih nanofluida izvanrednih performansi.

Industrijski ultrazvučni uređaji za proizvodnju rashladnih sredstava

Naučno dokazani, industrijski etablirani – Hielscher ultrazvučni uređaji za proizvodnju nanofluida
Ultrazvučni disperzeri visokog smicanja pouzdane su mašine za kontinuiranu proizvodnju visokoučinkovitih rashladnih sredstava i fluida za prijenos toplote. Miješanje pokretano ultrazvukom poznato je po svojoj efikasnosti i pouzdanosti – čak i kada vladaju zahtjevni uvjeti miješanja.
Oprema Hielscher Ultrasonics omogućuje pripremu netoksičnih, neopasnih, pa čak i nanofluida prehrambene kvalitete. Istovremeno su svi naši ultrazvučni uređaji visoko efikasni, pouzdani, sigurni za rad i vrlo robusni. Izrađeni za rad 24/7, čak su i naši stolni i srednje veliki ultrazvučni uređaji sposobni proizvoditi značajne količine.
Pročitajte više o ultrazvučnoj proizvodnji nanofluida ili nas kontaktirajte odmah kako biste dobili detaljno savjetovanje i besplatnu ponudu za ultrazvučni disperzer!

Tabela u nastavku daje vam orijentaciju o približnom kapacitetu obrade naših ultrazvučnih uređaja:

U ovom videu prikazujemo ultrazvučni sistem od 2 kilovata za protočni rad, smješten u ormar s mogućnošću propuhivanja. Hielscher isporučuje ultrazvučnu opremu za gotovo sve industrije, uključujući hemijsku, farmaceutsku i kozmetičku industriju, petrohemijske procese te procese ekstrakcije rastvaračima. Ovaj ormar od nehrđajućeg čelika s mogućnošću propuhivanja predviđen je za rad u opasnim zonama. U tu svrhu korisnik može propuhivati zabrtvljeni ormar azotom ili svježim zrakom kako bi spriječio ulazak zapaljivih plinova ili para u ormar.