Ψυκτικά με βάση θερμοαγώγιμα νανοφλουίδια
Υπερήχων συντίθενται νανοφλουίδια είναι αποτελεσματικά ψυκτικά 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.
Επιδράσεις νανοφλουιδίων στη θερμοϋδραυλική απόδοση
Η θερμική αγωγιμότητα ενός υλικού είναι ένα μέτρο της ικανότητάς του να μεταφέρει θερμότητα. Για ψυκτικά και υγρό μεταφοράς θερμότητας (που ονομάζεται επίσης θερμικό υγρό ή θερμικό λάδι), είναι επιθυμητή η υψηλή θερμική αγωγιμότητα. Πολλά νανοϋλικά προσφέρουν εξαιρετικές θερμοαγώγιμες ιδιότητες. Προκειμένου να χρησιμοποιηθεί η ανώτερη θερμική ευνοϊκότητα των νανοϋλικών, τα λεγόμενα νανοφλουίδια χρησιμοποιούνται ως ψυκτικά υγρά. Ένα νανοφλουίδιο είναι ένα υγρό, στο οποίο σωματίδια μεγέθους νανομέτρου αιωρούνται στο βασικό υγρό όπως το νερό, η γλυκόλη ή το 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 των ρευστών 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.
Υπερήχων διασπορά είναι μια εξαιρετικά αποτελεσματική, αξιόπιστη και βιομηχανικά καθιερωμένη τεχνική για την παραγωγή νανοφλουιδίων με υψηλής απόδοσης ικανότητες μεταφοράς θερμότητας.
UP400St, ένας ισχυρός επεξεργαστής υπερήχων 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 αγωγιμότητά τους. Υπερήχων 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, ασήμι, 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 με υπερήχους.
Παραγωγή νανοφλουιδίων με βάση το αλουμίνιο με υπερήχους
Buonomo et al. (2015) απέδειξε τη βελτιωμένη θερμική αγωγιμότητα των νανοφλουιδίων Al2O3, τα οποία παρασκευάστηκαν υπό υπερήχους.
Προκειμένου να διασκορπιστούν ομοιόμορφα τα νανοσωματίδια Al2O3 στο νερό, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τον υπερηχητικό τύπο Hielscher UP400S. Υπερηχητικά αποσυσσωματωμένα και διασκορπισμένα σωματίδια αλουμινίου που παράγονται 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 η τιμή αυτή 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. Buonomo et al., 2015]
Κατανομή μεγέθους σωματιδίων νανοφλουιδίων νιτριδίου 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 νανοφλουιδίων με βάση το νιτρίδιο του βορίου με χρήση υπερήχων
Οι Ilhan et al. (2016) διερεύνησαν τη θερμική αγωγιμότητα των εξαγωνικών νανοφλουιδίων του βορίου (hBN). Για το σκοπό αυτό, μια σειρά καλά διασκορπισμένων, σταθερών νανοφλουιδίων, που περιέχουν νανοσωματίδια hBN με μέση διάμετρο 70 nm, παράγονται με μια μέθοδο δύο σταδίων που περιλαμβάνει υπερήχους και επιφανειοδραστικές ουσίες όπως δωδεκυλοθειικό νάτριο (SDS) και πολυβινυλοπυρρολιδόνη (PVP). Το υπερηχητικά διασκορπισμένο νανοφλουίδιο hBN-νερού δείχνει σημαντική αύξηση της θερμικής αγωγιμότητας ακόμη και για πολύ αραιές συγκεντρώσεις σωματιδίων. Κατεργασία με υπερήχους τύπου καθετήρα UP400S μείωσε το μέσο μέγεθος σωματιδίων των συσσωματωμάτων κάτω από 40-60 nm εύρος. Οι ερευνητές καταλήγουν στο συμπέρασμα ότι μεγάλα και πυκνά συσσωματώματα νιτριδίου του βορίου, τα οποία παρατηρήθηκαν σε μη επεξεργασμένη ξηρή κατάσταση, σπάνε με διαδικασία υπερήχων και προσθήκη επιφανειοδραστικών. Αυτό καθιστά τη διασπορά υπερήχων μια αποτελεσματική μέθοδο για την παρασκευή νανοφλουιδίων με βάση το νερό με διάφορες συγκεντρώσεις σωματιδίων.
[πρβλ. Ilhan et al., 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.” [Ilhan κ.ά., 2016] Και επίσης στη βιομηχανική παραγωγή, υπερήχηση είναι σήμερα η πιο αποτελεσματική, αξιόπιστη και οικονομική τεχνική για την απόκτηση μακροπρόθεσμων σταθερών νανοφλουιδίων εξαιρετικής απόδοσης.
Βιομηχανικοί υπερήχων για την παραγωγή ψυκτικού μέσου
Επιστημονικά αποδεδειγμένο, βιομηχανικά καθιερωμένο – Hielscher υπερήχων για την παραγωγή νανοφλουιδίων
Οι υπερηχητικοί διασκορπιστές υψηλής διάτμησης είναι αξιόπιστα μηχανήματα για τη συνεχή παραγωγή ψυκτικών μέσων υψηλής απόδοσης και υγρών μεταφοράς θερμότητας. Υπερήχων οδηγείται ανάμειξη είναι γνωστή για την αποτελεσματικότητα και την αξιοπιστία της – ακόμη και όταν ισχύουν απαιτητικές συνθήκες ανάμιξης.
Hielscher υπερήχων εξοπλισμός επιτρέπει την προετοιμασία μη τοξικών, μη επικίνδυνες, μερικά ακόμη και νανοφλουίδια ποιότητας τροφίμων. Ταυτόχρονα, όλοι οι υπερήχων 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 πάγκοι μας και μεσαίου μεγέθους υπερήχων είναι σε θέση να παράγουν αξιοσημείωτους όγκους.
Διαβάστε περισσότερα σχετικά με την υπερηχητική παραγωγή νανοφλουιδίων ή επικοινωνήστε μαζί μας τώρα για να πάρετε σε βάθος διαβούλευση και μια δωρεάν πρόταση για έναν υπερηχητικό διασκορπιστή!
Ο παρακάτω πίνακας σας δίνει μια ένδειξη της κατά προσέγγιση ικανότητας επεξεργασίας των υπερήχων μας:
| Όγκος παρτίδας | Ροή | Προτεινόμενες συσκευές |
|---|---|---|
| 1 έως 500mL | 10 έως 200mL/min | UP100Η |
| 10 έως 2000mL | 20 έως 400mL / λεπτό | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 έως 20L | 0.2 έως 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 έως 100L | 2 έως 10L / λεπτό | UIP4000hdT |
| 15 έως 150L | 3 έως 15L / λεπτό | UIP6000hdT |
| μ.δ. | 10 έως 100L / λεπτό | UIP16000 |
| μ.δ. | μεγαλύτερου | σύμπλεγμα UIP16000 |
Επικοινωνήστε μαζί μας! / Ρωτήστε μας!
Hielscher Υπέρηχοι κατασκευάζει υψηλής απόδοσης υπερήχων ομογενοποιητές για την ανάμειξη εφαρμογών, διασπορά, γαλακτωματοποίηση και εκχύλιση σε εργαστήριο, πιλοτική και βιομηχανική κλίμακα.
Βιβλιογραφία / 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 γνωρίζετε
Γιατί τα νανοφλουίδια είναι κατάλληλα 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 νανομεγέθους. Ειδικά σχεδιασμένα νανοσωματίδια (π.χ. νανο-μεγέθους CuO, διοξείδιο τιτανίου αλουμίνας, νανοσωλήνες άνθρακα, διοξείδιο του πυριτίου ή μέταλλα όπως χαλκός, νανοράβδοι αργύρου) διασκορπισμένα 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 επιτρέπει σημαντικές βελτιώσεις στη μεταφορά και απαγωγή θερμότητας. Π.χ. νανοράβδοι 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 νανοράβδων 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, το οποίο ενθαρρύνει το σχηματισμό νέων φυσαλίδων και η υδρόφιλη φύση τους βοηθά στη συνέχεια να τα απομακρύνει, εμποδίζοντας το σχηματισμό του στρώματος ατμού. Το νανοφλουίδιο με συγκέντρωση μεγαλύτερη από 5% δρα σαν μη νευτώνεια υγρά. (πρβλ. (Oldenburg et al., 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 μεταλλικά σύνθετα υλικά νανοσωματιδίων-ρευστών 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 μέσων με βάση το νερό και την αιθυλενογλυκόλη. Οι νανοράβδοι 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 φόρτωσης νανοράβδου αργύρου 0,5% κατ 'όγκο. Οι μακρύτερες νανοράβδοι είχαν μεγαλύτερη επίδραση στη θερμική αγωγιμότητα από τις μικρότερες νανοράβδους στην ίδια πυκνότητα φόρτωσης. Ωστόσο, οι μακρύτερες νανοράβδοι αύξησαν επίσης το ιξώδες του βασικού υγρού σε μεγαλύτερο βαθμό από τις μικρότερες νανοράβδους.
(Oldenburg κ.ά., 2007)
Hielscher Υπέρηχοι κατασκευάζει υψηλής απόδοσης υπερήχων ομογενοποιητές από εργαστήριο προς βιομηχανικό μέγεθος.