Ψυκτικά με βάση θερμοαγώγιμα νανοφλουίδια
Τα υπερηχητικά συντιθέμενα νανοφλουίδια είναι αποτελεσματικά ψυκτικά μέσα και υγρά εναλλάκτη θερμότητας. Τα θερμοαγώγιμα νανοϋλικά αυξάνουν σημαντικά τη μεταφορά θερμότητας και την ικανότητα απαγωγής θερμότητας. Κατεργασία με υπερήχους είναι καλά εδραιωμένη στη σύνθεση και τη λειτουργικότητα των θερμοαγώγιμων νανοσωματιδίων, καθώς και την παραγωγή σταθερών νανοφλουιδίων υψηλής απόδοσης για εφαρμογές ψύξης.
Νανοφλουιδικές επιδράσεις στη θερμοϋδραυλική απόδοση
Η θερμική αγωγιμότητα ενός υλικού είναι ένα μέτρο της ικανότητάς του να μεταφέρει θερμότητα. Για ψυκτικά μέσα και υγρό μεταφοράς θερμότητας (που ονομάζεται επίσης θερμικό υγρό ή θερμικό λάδι), είναι επιθυμητή υψηλή θερμική αγωγιμότητα. Πολυάριθμα νανοϋλικά προσφέρουν εξαιρετικές θερμοαγώγιμες ιδιότητες. Προκειμένου να χρησιμοποιηθεί η ανώτερη θερμική ισχύς των νανοϋλικών, τα λεγόμενα νανοφλουίδια χρησιμοποιούνται ως ψυκτικά υγρά. Τα νανοφλουίδια είναι ένα υγρό, στο οποίο σωματίδια μεγέθους νανομέτρων αιωρούνται στο βασικό υγρό όπως νερό, γλυκόλη ή έλαιο, όπου σχηματίζουν ένα κολλοειδές διάλυμα. Τα νανοφλουίδια μπορούν να αυξήσουν σημαντικά τη θερμική αγωγιμότητα σε σύγκριση με υγρά χωρίς νανοσωματίδια ή μεγαλύτερα σωματίδια. Το υλικό, το μέγεθος, το ιξώδες, το επιφανειακό φορτίο και η σταθερότητα του υγρού των διασκορπισμένων νανοσωματιδίων επηρεάζουν σημαντικά τη θερμική απόδοση των νανοφλουιδίων. Τα νανοφλουίδια αποκτούν γρήγορα σημασία στις εφαρμογές μεταφοράς θερμότητας, καθώς παρουσιάζουν ανώτερη απόδοση μεταφοράς θερμότητας σε σύγκριση με τα συμβατικά βασικά υγρά.
Η υπερηχητική διασπορά είναι μια εξαιρετικά αποτελεσματική, αξιόπιστη και βιομηχανικά καθιερωμένη τεχνική για την παραγωγή νανοφλουιδίων με ικανότητες μεταφοράς θερμότητας υψηλής απόδοσης.
UP400St, ένας ισχυρός υπερηχητικός επεξεργαστής 400W για την παραγωγή νανοφλουιδίων με ανώτερη θερμική αγωγιμότητα.
- υψηλή επιφάνεια : αναλογία όγκου για σημαντικά υψηλότερους ρυθμούς μεταφοράς ενέργειας και μάζας
- χαμηλή μάζα για πολύ καλή κολλοειδή σταθερότητα
- χαμηλή αδράνεια, η οποία ελαχιστοποιεί τη διάβρωση
Αυτά τα χαρακτηριστικά που σχετίζονται με το νανο-μέγεθος δίνουν στα νανοφλουίδια την εξαιρετική θερμική τους αγωγιμότητα. Η υπερηχητική διασπορά είναι η πιο αποτελεσματική τεχνική για την παραγωγή λειτουργικών νανοσωματιδίων και νανοφλουιδίων.
Υπερηχητικά παραγόμενα νανοφλουίδια με ανώτερη θερμική ευνοϊκότητα
Πολυάριθμα νανοϋλικά – όπως CNTs, διοξείδιο του πυριτίου, γραφένιο, αλουμίνιο, άργυρος, νιτρίδιο του βορίου και πολλά άλλα – έχουν ήδη αποδειχθεί ότι αυξάνουν τη θερμική ευνοϊκότητα των υγρών μεταφοράς θερμότητας. Παρακάτω, μπορείτε να βρείτε υποδειγματικά ερευνητικά αποτελέσματα για θερμοαγώγιμα νανοφλουίδια που παρασκευάζονται υπό υπερήχους.
Παραγωγή νανοφλουιδίων με βάση το αλουμίνιο με υπερήχους
Οι Buonomo et al. (2015) έδειξαν τη βελτιωμένη θερμική αγωγιμότητα των νανοφλουιδίων Al2O3, τα οποία παρασκευάστηκαν με υπερήχους.
Προκειμένου να διασκορπιστούν ομοιόμορφα τα νανοσωματίδια Al2O3 στο νερό, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τον υπερηχητικό ανιχνευτή τύπου Hielscher UP400S. Υπερηχητικά αποπαγοποιημένα και διασκορπισμένα σωματίδια αλουμινίου που αποδίδονται σε μέγεθος σωματιδίων περίπου 120 nm για όλα τα νανοφλουίδια – ανεξάρτητα από τη συγκέντρωση σωματιδίων. Η θερμική αγωγιμότητα των νανοφλουιδίων αυξανόταν σε υψηλότερες θερμοκρασίες σε σύγκριση με το καθαρό νερό. Με συγκέντρωση σωματιδίων Al2O3 0,5% σε θερμοκρασία δωματίου 25°C η αύξηση της θερμικής αγωγιμότητας είναι μόνο περίπου 0,57%, αλλά στους 65°C αυτή η τιμή αυξάνεται σε περίπου 8%. Για συγκέντρωση όγκου 4% η ενίσχυση πηγαίνει από 7.6% σε 14.4% με τη θερμοκρασία να αυξάνεται από 25 ° C σε 65 ° C.
[πρβλ. Μπουονόμο κ.ά., 2015]
Κατανομή μεγέθους σωματιδίων νανοφλουιδίων νιτριδίου του βορίου με βάση το νερό με διάφορες συγκεντρώσεις νιτριδίου του βορίου μετά από υπερήχους με το UP400S (α) 0,1% hBN, (β) 0,5% hBN, (γ) 2% hBN
(Μελέτη και γραφήματα: © Ilhan et al., 2016)
Παραγωγή νανοφλουιδίου με βάση το νιτρίδιο του βορίου με χρήση υπερήχων
Οι Ilhan et al. (2016) διερεύνησαν τη θερμική αγωγιμότητα των εξαγωνικών νανοφλουιδίων με βάση το νιτρίδιο του βορίου (hBN). Για το σκοπό αυτό παράγεται μια σειρά καλά διασκορπισμένων, σταθερών νανοφλουιδίων, που περιέχουν νανοσωματίδια hBN με μέση διάμετρο 70 nm, με μια μέθοδο δύο σταδίων που περιλαμβάνει υπερήχους και επιφανειοδραστικές ουσίες όπως δωδεκυλοθειικό νάτριο (SDS) και πολυβινυλοπυρρολιδόνη (PVP). Το υπερηχητικά διασκορπισμένο νανοφλουίδιο hBN-νερού παρουσιάζει σημαντική αύξηση της θερμικής αγωγιμότητας ακόμη και για συγκεντρώσεις πολύ αραιών σωματιδίων. Κατεργασία με υπερήχους με τον υπερηχητικό ανιχνευτή τύπου UP400S μείωσε το μέσο μέγεθος σωματιδίων των συσσωματωμάτων σε εύρος 40-60 nm. Οι ερευνητές καταλήγουν στο συμπέρασμα ότι τα μεγάλα και πυκνά συσσωματώματα νιτριδίου του βορίου, τα οποία παρατηρήθηκαν σε μη επεξεργασμένη ξηρή κατάσταση, σπάνε με τη διαδικασία υπερήχων και την προσθήκη επιφανειοδραστικών ουσιών. Αυτό καθιστά τη διασπορά με υπερήχους μια αποτελεσματική μέθοδο για την παρασκευή νανοφλουιδίων με βάση το νερό με διάφορες συγκεντρώσεις σωματιδίων.
[πρβλ. Ιλχάν κ.ά., 2016]
Εικόνα STEM που δείχνει τη μορφολογία ενός υπερηχητικά διασκορπισμένου νανοφλουιδίου hBN με βάση την αιθυλενογλυκόλη (EG) με συγκέντρωση όγκου σωματιδίων 0,5%.
(Μελέτη και γραφήματα: © Ilhan et al., 2016)
“Υπερήχους είναι η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη διαδικασία στη βιβλιογραφία για την αύξηση της σταθερότητας των νανοφλουιδίων.” [Ιλχάν κ.ά., 2016] Και επίσης στη βιομηχανική παραγωγή, υπερήχηση είναι σήμερα η πιο αποτελεσματική, αξιόπιστη και οικονομική τεχνική για την απόκτηση μακροπρόθεσμα σταθερών νανοφλουιδίων εξαιρετικής απόδοσης.
Βιομηχανικοί υπερηχητικοί για την παραγωγή ψυκτικού
Επιστημονικά αποδεδειγμένο, βιομηχανικά καθιερωμένο – Hielscher Υπερήχων για την παραγωγή νανοφλουιδίων
Οι υπερηχητικοί διασκορπιστές υψηλής διάτμησης είναι αξιόπιστες μηχανές για τη συνεχή παραγωγή ψυκτικών μέσων υψηλής απόδοσης και υγρών μεταφοράς θερμότητας. Η ανάμειξη με υπερήχους είναι γνωστή για την αποτελεσματικότητα και την αξιοπιστία της – ακόμη και όταν ισχύουν απαιτητικές συνθήκες ανάμιξης.
Ο εξοπλισμός Hielscher Ultrasonics επιτρέπει την παρασκευή μη τοξικών, μη επικίνδυνων, μερικών ακόμη και νανοφλουιδίων ποιότητας τροφίμων. Ταυτόχρονα, όλοι οι υπερηχητικοί μας είναι εξαιρετικά αποτελεσματικοί, αξιόπιστοι, ασφαλείς στη λειτουργία και πολύ ισχυροί. Κατασκευασμένο για 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα λειτουργία, ακόμη και οι υπερηχητικοί πάγκου και μεσαίου μεγέθους είναι σε θέση να παράγουν αξιοσημείωτους όγκους.
Διαβάστε περισσότερα σχετικά με την υπερηχητική παραγωγή νανοφλουιδίων ή επικοινωνήστε μαζί μας τώρα για να λάβετε σε βάθος διαβούλευση και μια δωρεάν πρόταση για έναν υπερηχητικό διασκορπιστή!
Ο παρακάτω πίνακας σας δίνει μια ένδειξη για την κατά προσέγγιση ικανότητα επεξεργασίας των υπερήχων μας:
| Μαζική Όγκος | Ρυθμός ροής | Προτεινόμενες συσκευές |
|---|---|---|
| 1 έως 500mL | 10 έως 200 ml / λεπτό | UP100H |
| 10 έως 2000mL | 20 έως 400mL / λεπτό | Uf200 ः t, UP400St |
| 0.1 έως 20 λίτρα | 0.2 έως 4 λίτρα / λεπτό | UIP2000hdT |
| 10 έως 100L | 2 έως 10 λίτρα / λεπτό | UIP4000hdT |
| 15 έως 150 λίτρα | 3 έως 15L/λεπτό | UIP6000hdT |
| μ.δ. | 10 έως 100 λίτρα / λεπτό | UIP16000 |
| μ.δ. | μεγαλύτερος | σύμπλεγμα UIP16000 |
Επικοινωνήστε μαζί μας! / Ρωτήστε μας!
Hielscher Υπερήχων κατασκευάζει υψηλής απόδοσης υπερήχων ομογενοποιητές για την ανάμειξη εφαρμογών, διασποράς, γαλακτωματοποίηση και εκχύλιση σε εργαστήριο, πιλοτική και βιομηχανική κλίμακα.
Λογοτεχνία / Αναφορές
- 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.
Γεγονότα που αξίζει να γνωρίζουμε
Γιατί τα νανοφλουίδια είναι καλά για εφαρμογές ψύξης και μεταφοράς θερμότητας;
Μια νέα κατηγορία ψυκτικών μέσων είναι τα νανοφλουίδια που αποτελούνται από ένα βασικό υγρό (π.χ. νερό), το οποίο δρα ως υγρό φορέας για σωματίδια νανο-μεγέθους. Τα ειδικά σχεδιασμένα νανοσωματίδια (π.χ. CuO νανο-μεγέθους, διοξείδιο του τιτανίου αλουμίνας, νανοσωλήνες άνθρακα, διοξείδιο του άνθρακα, διοξείδιο του πυριτίου ή μέταλλα όπως χαλκός, νανορόδια αργύρου) που διασκορπίζονται στο βασικό υγρό μπορούν να ενισχύσουν σημαντικά την ικανότητα μεταφοράς θερμότητας του προκύπτοντος νανοφλουιδίου. Αυτό καθιστά τα νανοφλουίδια εξαιρετικά ψυκτικά υγρά υψηλής απόδοσης.
Η χρήση ειδικά κατασκευασμένων νανοφλουιδίων που περιέχουν θερμοαγώγιμα νανοσωματίδια επιτρέπουν σημαντικές βελτιώσεις στη μεταφορά και διάχυση θερμότητας. π.χ. νανορόδια αργύρου διαμέτρου 55±12 nm και μέσου μήκους 12,8 μm σε 0,5 vol.% αύξησαν τη θερμική αγωγιμότητα του νερού κατά 68% και 0,5 vol.% των νανορόδων αργύρου αύξησαν τη θερμική αγωγιμότητα του ψυκτικού με βάση την αιθυλενογλυκόλη κατά 98%. Τα νανοσωματίδια αλουμίνας στο 0,1% μπορούν να αυξήσουν την κρίσιμη ροή θερμότητας του νερού έως και 70%. Τα σωματίδια σχηματίζουν τραχιά πορώδη επιφάνεια στο ψυχρό αντικείμενο, γεγονός που ενθαρρύνει το σχηματισμό νέων φυσαλίδων και η υδρόφιλη φύση τους βοηθά στη συνέχεια να τα ωθήσει μακριά, εμποδίζοντας το σχηματισμό του στρώματος ατμού. Το νανοφλουίδιο με συγκέντρωση άνω του 5% δρα σαν μη Νευτώνεια υγρά. (πρβλ. (Όλντενμπουργκ κ.ά., 2007)
Η προσθήκη μεταλλικών νανοσωματιδίων σε ψυκτικά μέσα που χρησιμοποιούνται σε συστήματα θερμικού ελέγχου μπορεί να αυξήσει δραματικά τη θερμική αγωγιμότητα του βασικού υγρού. Τέτοια σύνθετα υλικά μεταλλικών νανοσωματιδίων-υγρών αναφέρονται ως νανοφλουίδια και η χρήση τους ως ψυκτικά έχει τη δυνατότητα να μειώσει τις απαιτήσεις βάρους και ισχύος των συστημάτων θερμικού ελέγχου των διαστημικών σκαφών. Η θερμική αγωγιμότητα των νανοφλουιδίων εξαρτάται από τη συγκέντρωση, το μέγεθος, το σχήμα, την επιφανειακή χημεία και την κατάσταση συσσωμάτωσης των συστατικών νανοσωματιδίων. Διερευνήθηκαν οι επιδράσεις της συγκέντρωσης φορτίου νανοσωματιδίων και ο λόγος διαστάσεων των νανοσωματιδίων στη θερμική αγωγιμότητα και το ιξώδες των ψυκτικών ουσιών με βάση το νερό και την αιθυλενογλυκόλη. Τα νανορόδια αργύρου με διάμετρο 55 ± 12 nm και μέσο μήκος 12,8 ± 8,5 μm σε συγκέντρωση 0,5% κατ 'όγκο αύξησαν τη θερμική αγωγιμότητα του νερού κατά 68%. Η θερμική αγωγιμότητα ενός ψυκτικού με βάση την αιθυλενογλυκόλη αυξήθηκε κατά 98% με συγκέντρωση φορτίου νανορόδιου αργύρου 0,5% κατ 'όγκο. Τα μακρύτερα νανορόδια είχαν μεγαλύτερη επίδραση στη θερμική αγωγιμότητα από τα μικρότερα νανορόδια στην ίδια πυκνότητα φορτίου. Ωστόσο, τα μακρύτερα νανορόδια αύξησαν επίσης το ιξώδες του βασικού υγρού σε μεγαλύτερο βαθμό από τα μικρότερα νανορόδια.
(Όλντενμπουργκ κ.ά., 2007)
Hielscher υπέρηχοι κατασκευάζει υψηλής απόδοσης υπερήχων ομογενοποιητές από Εργαστήριο προς την βιομηχανικό μέγεθος.