خنک کننده های مبتنی بر نانوسیالات رسانای حرارتی
نانوسیالات سنتز شده به صورت اولتراسونیک خنک کننده های کارآمد و مایعات مبدل حرارتی هستند. نانومواد گرما رسانا ظرفیت انتقال حرارت و اتلاف گرما را به طور قابل توجهی افزایش می دهند. فراصوت به خوبی در سنتز و عامل دار سازی نانوذرات رسانای حرارتی و همچنین تولید نانوسیالات پایدار با کارایی بالا برای کاربردهای خنک کننده تثبیت شده است.
اثرات نانوسیالی بر عملکرد ترموهیدرولیکی
رسانایی حرارتی یک ماده معیاری برای توانایی آن در هدایت گرما است. برای خنک کننده ها و سیال انتقال حرارت (که به آن سیال حرارتی یا روغن حرارتی نیز گفته می شود)، رسانایی حرارتی بالایی مورد نظر است. نانومواد متعدد خواص حرارتی رسانایی عالی را ارائه می دهند. به منظور استفاده از مطلوبیت حرارتی برتر نانومواد، از به اصطلاح نانوسیالات به عنوان مایعات خنک کننده استفاده می شود. نانوسیالات سیالی است که در آن ذرات به اندازه نانومتر در سیال پایه مانند آب، گلیکول یا روغن معلق می شوند و در آنجا محلول کلوئیدی تشکیل می دهند. نانوسیالات می توانند به طور قابل توجهی در رسانایی حرارتی در مقایسه با مایعات بدون نانوذرات یا ذرات بزرگتر افزایش یابد. مواد، اندازه، ویسکوزیته، بار سطحی و پایداری سیال نانوذرات پراکنده به طور قابل توجهی بر عملکرد حرارتی نانوسیالات تأثیر می گذارد. نانوسیالات به سرعت در کاربردهای انتقال حرارت اهمیت پیدا می کنند زیرا در مقایسه با سیالات پایه معمولی عملکرد انتقال حرارت بهتری از خود نشان می دهند.
پراکندگی مافوق صوت بسیار کارآمد است, قابل اعتماد و صنعتی تاسیس تکنیک برای تولید نانوسیالات با ظرفیت انتقال حرارت با کارایی بالا است.
- سطح بالا: نسبت حجمی برای نرخ انتقال انرژی و جرم به طور قابل توجهی بالاتر
- جرم کم برای پایداری کلوئیدی بسیار خوب
- اینرسی کم، که فرسایش را به حداقل می رساند
این ویژگی های مرتبط با اندازه نانو به نانوسیالات رسانایی حرارتی استثنایی می دهد. پراکندگی اولتراسونیک کارآمدترین تکنیک برای تولید نانوذرات عامل دار و نانوسیالات است.
نانوسیالات تولید شده توسط التراسونیک با مساعدت حرارتی برتر
نانومواد متعدد – مانند CNT ها، سیلیس، گرافن، آلومینیوم، نقره، نیترید بور و بسیاری دیگر – قبلا ثابت شده است که باعث افزایش گرمایی سیالات انتقال حرارت می شود. در زیر، شما می توانید نتایج تحقیقات مثال زدنی برای نانوسیالات رسانای حرارتی تهیه شده تحت فراصوت را پیدا کنید.
تولید نانوسیال بر پایه آلومینیوم با سونوگرافی
Buonomo و همکاران (2015) هدایت حرارتی بهبود یافته نانوسیالات Al2O3 را نشان دادند که تحت امواج فراصوت تهیه شده بودند.
به منظور پراکنده کردن نانوذرات Al2O3 به طور یکنواخت در آب، محققان از اولتراسونیک نوع پروب Hielscher UP400S استفاده کردند. ذرات آلومینیوم deagglomerated و پراکنده شده به صورت اولتراسونیک در اندازه ذرات تقریبا 120 نانومتر برای همه نانوسیالات تولید شدند – مستقل از غلظت ذرات. هدایت حرارتی نانوسیالات در دماهای بالاتر در مقایسه با آب خالص افزایش می یابد. با غلظت ذرات 0.5 درصد Al2O3 در دمای اتاق 25 درجه سانتی گراد، افزایش هدایت حرارتی تنها حدود 0.57 درصد است، اما در دمای 65 درجه سانتی گراد این مقدار به حدود 8 درصد افزایش می یابد. برای غلظت حجمی 4 درصد، افزایش از 7.6 درصد به 14.4 درصد با افزایش دما از 25 درجه سانتیگراد به 65 درجه سانتیگراد می رسد.
[رجوع کنید به Buonomo و همکاران، 2015]
توزیع اندازه ذرات نانوسیالات نیترید بور پایه آب با غلظت های مختلف نیترید بور پس از فراصوت با UP400S (a) 0.1٪ hBN, (b) 0.5٪ hBN, (c) 2٪ hBN
(مطالعه و نمودارها: © ایلهان و همکاران، 2016)
تولید نانوسیال بر پایه نیترید بور با استفاده از فراصوت
ایلهان و همکاران (2016) هدایت حرارتی نانوسیالات بر پایه نیترید بور شش ضلعی (hBN) را بررسی کردند. برای این منظور یک سری از نانوسیالات به خوبی پراکنده و پایدار، حاوی نانوذرات hBN با قطر متوسط 70 نانومتر، با یک روش دو مرحله ای شامل فراصوت و سورفکتانت هایی مانند سدیم دودسیل سولفات (SDS) و پلی وینیل پیرولیدون (PVP) تولید می شود. نانوسیال hBN آب پراکنده مافوق صوت نشان می دهد افزایش هدایت حرارتی قابل توجهی حتی برای غلظت ذرات بسیار رقیق. فراصوت با پروب نوع اولتراسونیک UP400S کاهش می یابد اندازه ذرات متوسط از سنگدانه ها به محدوده 40-60 نانومتر. محققان نتیجه می گیرند که سنگدانه های بزرگ و متراکم نیترید بور، که در حالت خشک درمان نشده مشاهده شد، با فرآیند فراصوت و علاوه بر سورفکتانت شکسته می شوند. این باعث می شود پراکندگی مافوق صوت یک روش موثر برای آماده سازی نانوسیالات مبتنی بر آب با غلظت های مختلف ذرات.
[رجوع کنید به ایلهان و همکاران، 2016]
تصویر STEM نشان دهنده مورفولوژی یک نانوسیال hBN اتیلن گلیکول پراکنده شده به صورت اولتراسونیک (EG) با غلظت حجم ذرات 0.5٪.
(مطالعه و نمودارها: © ایلهان و همکاران، 2016)
“امواج فراصوت فرایند به طور گسترده ای مورد استفاده در ادبیات برای افزایش پایداری نانوسیالات است.” [ایلهان و همکاران، 2016] و همچنین در تولید صنعتی، فراصوت امروزه موثر ترین، قابل اعتماد ترین و مقرون به صرفه ترین تکنیک برای به دست آوردن نانوسیالات پایدار طولانی مدت با عملکرد برجسته است.
اولتراسونیک صنعتی برای تولید مایع خنک کننده
از نظر علمی اثبات شده، صنعتی تثبیت شده است – Hielscher Ultrasonicators برای تولید نانوسیال
پراکنده کننده های مافوق صوت با برش بالا ماشین های قابل اعتماد برای تولید مداوم خنک کننده های با کارایی بالا و سیالات انتقال حرارت هستند. مخلوط کردن التراسونیک رانده شده است که برای بهره وری و قابلیت اطمینان آن شناخته شده است – حتی زمانی که شرایط اختلاط را مطالبه می کند اعمال می شود.
تجهیزات مافوق صوت Hielscher اجازه می دهد تا برای آماده سازی غیر سمی, غیر خطرناک, برخی از نانومایعات حتی مواد غذایی درجه یک. همزمان، تمام ultrasonicators ما بسیار کارآمد، قابل اعتماد، ایمن برای کار، و بسیار قوی هستند. ساخته شده برای عملیات 24/7 ، حتی مافوق صوت نیمکت بالا و متوسط ما قادر به تولید حجم قابل توجهی هستند.
اطلاعات بیشتر در مورد تولید اولتراسونیک نانوسیالات و یا تماس با ما در حال حاضر برای دریافت مشاوره عمیق و یک پیشنهاد رایگان برای پراکنده کننده مافوق صوت!
جدول زیر به شما نشانه ای از ظرفیت پردازش تقریبی مافوق صوت ما می دهد:
| حجم دسته ای | نرخ جریان | دستگاه های توصیه شده |
|---|---|---|
| 1 تا 500 میلی لیتر | 10 تا 200 میلی لیتر در دقیقه | UP100H |
| 10 تا 2000 میلی لیتر | 20 تا 400 میلی لیتر در دقیقه | تا 200 هرتز، UP400St |
| 0.1 تا 20 لیتر | 0.2 تا 4 لیتر در دقیقه | UIP2000hdT |
| 10 تا 100 لیتر | 2 تا 10 لیتر در دقیقه | UIP4000hdT |
| 15 تا 150 لیتر | 3 تا 15 لیتر در دقیقه | UIP6000hdT |
| ن.ا. | 10 تا 100 لیتر در دقیقه | UIP16000 |
| ن.ا. | بزرگتر | خوشه ای از UIP16000 |
تماس با ما! / از ما بپرسید!
Hielscher مافوق صوت تولید کننده هموژنایزرهای مافوق صوت با کارایی بالا برای مخلوط کردن برنامه های کاربردی، پراکندگی، امولسیون و استخراج در آزمایشگاه، خلبان و مقیاس صنعتی.
ادبیات / منابع
- 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.
حقایقی که ارزش دانستن دارند
چرا نانوسیالات برای کاربردهای خنک کننده و انتقال حرارت مناسب هستند؟
کلاس جدیدی از خنک کننده ها نانوسیالات هستند که از یک سیال پایه (به عنوان مثال آب) تشکیل شده اند که به عنوان مایع حامل برای ذرات با اندازه نانو عمل می کنند. نانوذرات طراحی شده هدفمند (مانند CuO با اندازه نانو، دی اکسید تیتانیوم آلومینا، نانولوله های کربنی، سیلیس یا فلزاتی مانند نانومیله های مس، نقره) پراکنده شده در سیال پایه می توانند ظرفیت انتقال حرارت نانوسیال حاصل را به میزان قابل توجهی افزایش دهند. این باعث می شود نانوسیالات مایعات خنک کننده فوق العاده ای با کارایی بالا باشند.
استفاده از نانوسیالات تولید شده خاص حاوی نانوذرات رسانای حرارتی امکان پیشرفت قابل توجهی در انتقال و اتلاف حرارت را فراهم می کند. به عنوان مثال نانومیله های نقره با قطر 55±12 نانومتر و طول متوسط 8/12 میکرومتر در 5/0 درصد حجمی، هدایت حرارتی آب را به میزان 68 درصد افزایش دادند و 5/0 درصد حجمی نانومیله های نقره هدایت حرارتی مایع خنک کننده بر پایه اتیلن گلیکول را 98 درصد افزایش دادند. نانوذرات آلومینا در 0.1٪ می توانند شار گرمای بحرانی آب را تا 70٪ افزایش دهند. ذرات سطح متخلخل خشن را روی جسم خنک شده تشکیل می دهند که باعث تشکیل حباب های جدید می شود و ماهیت آب دوست آنها به دور کردن آنها کمک می کند و مانع تشکیل لایه بخار می شود. نانوسیال با غلظت بیش از 5 درصد مانند سیالات غیر نیوتنی عمل می کند. (رجوع کنید به (اولدنبورگ و همکاران، 2007)
افزودن نانوذرات فلزی به خنک کننده های مورد استفاده در سیستم های کنترل حرارتی می تواند هدایت حرارتی سیال پایه را به طور چشمگیری افزایش دهد. چنین مواد کامپوزیتی نانوذرات-سیال فلزی به عنوان نانوسیالات شناخته می شوند و استفاده از آنها به عنوان خنک کننده پتانسیل کاهش وزن و توان مورد نیاز سیستم های کنترل حرارتی فضاپیما را دارد. هدایت حرارتی نانوسیالات به غلظت، اندازه، شکل، شیمی سطح و حالت تجمع نانوذرات تشکیل دهنده بستگی دارد. اثر غلظت بارگذاری نانوذرات و نسبت منظری نانوذرات بر هدایت حرارتی و ویسکوزیته خنک کننده های پایه آب و اتیلن گلیکول مورد بررسی قرار گرفت. نانومیله های نقره با قطر 55 ± 12 نانومتر و طول متوسط 8/12 ± 5/8 میکرومتر با غلظت 5/0 درصد حجمی، هدایت حرارتی آب را تا 68 درصد افزایش دادند. هدایت حرارتی یک خنک کننده بر پایه اتیلن گلیکول با غلظت بارگذاری نانومیله نقره ای 5/0 درصد حجمی به میزان 98 درصد افزایش یافت. نانومیله های بلندتر نسبت به نانومیله های کوتاه تر با چگالی بارگذاری یکسان تأثیر بیشتری بر هدایت حرارتی داشتند. با این حال، نانومیله های بلندتر نیز ویسکوزیته سیال پایه را به میزان بیشتری نسبت به نانومیله های کوتاه تر افزایش دادند.
(اولدنبورگ و همکاران، 2007)
Hielscher مافوق صوت تولید کننده هموژنایزرهای مافوق صوت با کارایی بالا از ازمایشگاه ها تا اندازه صنعتی.