Rashladni fluidi bazirani na termoprovodljivim nanofluidima
Ultrazvučno sintetisane nanotečnosti su efikasni rashladni fluidi i tečnosti izmenjivača toplote. Termoprovodni nanomaterijali značajno povećavaju prenos toplote i kapacitet disipacije toplote. Sonikacija je dobro uspostavljena u sintezi i funkcionalizaciji termoprovodnih nanočestica, kao i u proizvodnji stabilnih nanofluida visokih performansi za hlađenje.
Nanofluidni efekti na termo-hidraulične performanse
Toplotna provodljivost materijala je mera njegove sposobnosti da provodi toplotu. Za rashladne tečnosti i tečnost za prenos toplote (koja se naziva i termalna tečnost ili termalno ulje), potrebna je visoka toplotna provodljivost. Brojni nanomaterijali nude odlična termoprovodljiva svojstva. Da bi se iskoristila superiorna toplotna pogodnost nanomaterijala, takozvane nanotečnosti se koriste kao tečnosti za hlađenje. Nanofluidi su fluidi u kojima su čestice veličine nanometra suspendovane u osnovnoj tečnosti kao što su voda, glikol ili ulje, gde formiraju koloidni rastvor. Nanofluidi mogu značajno povećati toplotnu provodljivost u poređenju sa tečnostima bez nanočestica ili većih čestica. Materijal, veličina, viskoznost, površinski naboj i stabilnost fluida raspršenih nanočestica značajno utiču na toplotne performanse nanofluida. Nanofluidi brzo dobijaju na značaju u aplikacijama za prenos toplote, jer pokazuju superiorne performanse prenosa toplote u poređenju sa konvencionalnim baznim tečnostima.
Ultrazvučna disperzija je visoko efikasna, pouzdana i industrijski uspostavljena tehnika za proizvodnju nanofluida sa kapacitetima prenosa toplote visokih performansi.
UP400St, 400W moćan ultrazvučni procesor za proizvodnju nanofluida sa superiornom toplotnom provodljivošću.
- visoka povrsina : omjer zapremine za znatno vece stope prenosa energije i mase
- niska masa za vrlo dobru koloidnu stabilnost
- niska inercija, koja minimizira eroziju
Ove karakteristike povezane sa nano-veličinama daju nanofluidima izuzetnu toplotnu provodljivost. Ultrazvučna disperzija je najefikasnija tehnika za proizvodnju funkcionalnih nanočestica i nanofluida.
Ultrazvučno proizvedene nanotečnosti sa superiornom toplotnom pogodnošću
Brojni nanomaterijali – CNT, silicijum, grafen, aluminijum, srebro, bor nitrid i mnogi drugi – Već je dokazano da povećavaju toplotnu pogodnost fluida za prenos toplote. U nastavku možete pronaći uzorne rezultate istraživanja termoprovodljivih nanofluida pripremljenih pod ultrazvučnošću.
Proizvodnja nanofluida na bazi alumiunijuma sa ultrazvukom
Buonomo et al. (2015) demonstrirali su poboljšanu toplotnu provodljivost nanofluida Al2O3, koji su pripremljeni pod ultrazvučnošću.
Da bi se nanočestice Al2O3 ravnomerno raspršile u vodu, istraživači su koristili ultrazvučni sistem tipa Hielscher UP400S. Ultrazvučno deaglomerirane i raspršene čestice aluminija dobijene u veličini čestica cca 120 nm za sve nanofluide – nezavisno od koncentracije čestica. Toplotna provodljivost nanofluida se povećavala na višim temperaturama u poređenju sa čistom vodom. Sa koncentracijom čestica Al2O3 od 0,5% na sobnoj temperaturi od 25°C, povećanje toplotne provodljivosti je samo oko 0,57%, ali na 65°C ova vrednost se povećava na oko 8%. Za koncentraciju zapremine od 4% povećanje ide sa 7,6% na 14,4% sa porastom temperature od 25°C do 65°C.
[cf. Buonomo et al., 2015]
Distribucija veličine čestica nanofluida bor-nitrida na bazi vode sa različitim koncentracijama bor-nitrida nakon ultrasonicacije sa UP400S (a) 0,1% hBN, (b) 0,5% hBN, (c) 2% hBN
(Studija i grafikoni: © Ilhan et al., 2016)
Proizvodnja nanofluida na bazi bora nitrida pomoću sonicacije
Ilhan et al. (2016) istraživali su toplotnu provodljivost nanofluida na bazi heksagonalnog bor-nitrida (hBN). U tu svrhu se proizvodi niz dobro raspršenih, stabilnih nanofluida, koji sadrže hBN nanočestice srednjeg prečnika 70 nm, metodom u dva koraka koja uključuje ultrazvučne i surfaktante kao što su natrijum dodecil-sulfat (SDS) i polivinil pirolidon (PVP). Ultrazvučno raspršena hBN-vodena nanotekućina pokazuje značajno povećanje toplotne provodljivosti čak i za vrlo razrijeđene koncentracije čestica. Sonikacija sa ultrazvučnim sistemom tipa sonde UP400S smanjila je prosječnu veličinu čestica agregata na raspon od 40-60 nm. Istraživači zaključuju da su veliki i gusti agregati bor-nitrida, koji su uočeni u netretiranom suhom stanju, prekinuti ultrazvučnim procesom i dodavanjem surfaktanta. To čini ultrazvučnu disperziju efikasnom metodom za pripremu nanotečnosti na bazi vode sa različitim koncentracijama čestica.
[cf. Ilhan et al., 2016]
STEM slika koja pokazuje morfologiju ultrazvučno raspršenog etilen glikola (EG) na bazi hBN nanofluida sa koncentracijom volumena čestica od 0,5%.
(Studija i grafikoni: © Ilhan et al., 2016)
“Ultrasonicacija je najčešće korišten proces u literaturi za povećanje stabilnosti nanofluida.” [Ilhan et al., 2016] U industrijskoj proizvodnji, sonicacija je danas najefikasnija, najpouzdanija i najekonomičnija tehnika za dobijanje dugoročnih stabilnih nanofluida izvanrednih performansi.
Industrijski ultrazvučni uređaji za proizvodnju rashladnih sredstava
Naučno dokazano, industrijski ustanovljeno – Hielscher ultrasonicatori za proizvodnju nanofluida
Ultrazvučni disperzeri visokog smicanja su pouzdane mašine za kontinuiranu proizvodnju rashladnih sredstava visokih performansi i tečnosti za prenos toplote. Ultrazvučno vođeno mešanje je poznato po svojoj efikasnosti i pouzdanosti. – Čak i kada se zahtevaju uslovi mešanja.
Hielscher Ultrasonics oprema omogućava pripremu netoksičnih, neopasnih, nekih čak i nanotečnosti za prehrambene proizvode. Istovremeno, svi naši ultrazvučnici su visoko efikasni, pouzdani, sigurni za rad i veoma robusni. Napravljeni za rad 24/7, čak su i naši ultrazvučni uređaji na vrhu klupe i srednje veličine sposobni da proizvedu izuzetne količine.
Pročitajte više o ultrazvučnoj proizvodnji nanotečnosti ili nas kontaktirajte odmah kako biste dobili detaljne konsultacije i besplatan predlog za ultrazvučni disperzator!
Tabela u nastavku daje naznaku približan kapacitet prerade naših ultrasonicators:
| Batch Volumen | protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 1 do 500ml | 10 do 200ml / min | UP100H |
| 10 do 2000mL | 20 do 400mL / min | Uf200 ः t, UP400St |
| 00,1 do 20L | 00,2 do 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 do 100l | 2 do 10L / min | UIP4000hdT |
| 15 do 150 l | 3 do 15 l/min | UIP6000hdT |
| N / A. | 10 do 100L / min | UIP16000 |
| N / A. | veći | klaster UIP16000 |
Kontaktiraj nas! / Pitajte nas!
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi za miješanje aplikacija, disperziju, emulgaciju i ekstrakciju na laboratorijskim, pilotskim i industrijskim skalama.
Književnost/reference
- 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.
Činjenice vredi znati
Zašto su nanofluidi dobri za hlađenje i prenos toplote?
Nova klasa rashladnih sredstava su nanofluidi koji se sastoje od bazne tečnosti (npr. vode), koja deluje kao tečnost nosača za čestice nano-veličine. Namjenski dizajnirane nanočestice (npr. nano-veličine CuO, alumina titanij-dioksid, ugljične nanocijevi, silicijum ili metali kao što su bakar, srebrni nanoštapovi) raspršene u baznu tekućinu mogu značajno povećati kapacitet prijenosa toplote rezultirajuće nanofluida. To čini nanofluide izvanrednim tečnostima za hlađenje visokih performansi.
Korištenje posebno proizvedenih nanofluida koji sadrže termoprovodljive nanočestice omogućavaju značajna poboljšanja u prijenosu i disipaciji toplote; Npr. srebrne nanošipke prečnika 55±12 nm i 12,8 μm prosečne dužine na 0,5 vol.% povećale su toplotnu provodljivost vode za 68%, a 0,5 vol.% srebrnih nanošipki povećalo je toplotnu provodljivost rashladnog sredstva na bazi etilen glikola za 98%. Nanočestice aluminijuma na 0,1% mogu povećati kritični toplotni tok vode za čak 70%; Čestice formiraju grubu poroznu površinu na ohlađenom objektu, što podstiče stvaranje novih mehurića, a njihova hidrofilna priroda zatim pomaže u njihovom odgurivanju, ometajući formiranje parnog sloja. Nanofluid sa koncentracijom većom od 5% deluje kao nenjutnovske tečnosti. (cf. (Oldenburg et al., 2007)
Dodavanje metalnih nanočestica rashladnim sredstvima koja se koriste u sistemima termalne kontrole može dramatično povećati toplotnu provodljivost bazne tečnosti. Takvi metalni kompozitni materijali nanočestica i fluida nazivaju se nanofluidima, a njihova upotreba kao rashladnih sredstava ima potencijal da smanji zahteve za težinu i snagu sistema termalne kontrole svemirskih letelica. Toplotna provodljivost nanofluida zavisi od koncentracije, veličine, oblika, površinske hemije i stanja agregacije konstitutivnih nanočestica. Istraženi su efekti koncentracije nanočestica i odnos stranica nanočestica na toplotnu provodljivost i viskoznost vode i rashladnih sredstava na bazi etilen glikola. Srebrne nanošipke prečnika 55 ± 12 nm i prosečnom dužinom od 12,8 ± 8,5 μm u koncentraciji od 0,5% zapremine povećale su toplotnu provodljivost vode za 68%. Toplotna provodljivost rashladnog sredstva na bazi etilen glikola povećana je za 98% sa koncentracijom utovara srebrnog nanoroda od 0,5% po zapremini. Duži nanoštapovi su imali veći uticaj na toplotnu provodljivost od kraćih nanošipki pri istoj gustini opterećenja. Međutim, duži nanoštapovi su takođe povećali viskoznost bazne tečnosti u većoj meri od kraćih nanoštapova.
(Oldenburg et al., 2007)
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi od laboratorija u industrijske veličine.