Lämpöä johtaviin nanofluideihin perustuvat jäähdytysnesteet
Ultraäänellä syntetisoidut nanofluidit ovat tehokkaita jäähdytysnesteitä ja lämmönvaihtimen nesteitä. Lämpöä johtavat nanomateriaalit lisäävät lämmönsiirto- ja lämmönpoistokapasiteettia merkittävästi. Sonikaatio on vakiintunut termojohtavien nanohiukkasten synteesissä ja funktionalisoinnissa sekä vakaiden korkean suorituskyvyn nanofluidien tuotannossa jäähdytyssovelluksiin.
Nanofluidiset vaikutukset termohydrauliseen suorituskykyyn
Materiaalin lämmönjohtavuus on mitta sen kyvystä johtaa lämpöä. Jäähdytysnesteille ja lämmönsiirtonesteelle (jota kutsutaan myös lämpönesteeksi tai lämpööljyksi) halutaan korkea lämmönjohtavuus. Lukuisilla nanomateriaaleilla on erinomaiset lämpöä johtavat ominaisuudet. Nanomateriaalien ylivoimaisen lämmön edistävyyden hyödyntämiseksi jäähdytysnesteinä käytetään niin kutsuttuja nanofluideja. Nanofluidit ovat nestettä, jossa nanometrin kokoiset hiukkaset suspendoidaan perusnesteeseen, kuten veteen, glykoliin tai öljyyn, jossa ne muodostavat kolloidisen liuoksen. Nanofluidit voivat lisätä merkittävästi lämmönjohtavuutta verrattuna nesteisiin, joissa ei ole nanohiukkasia tai suurempia hiukkasia. Dispergoituneiden nanohiukkasten materiaali, koko, viskositeetti, pintavaraus ja nesteen stabiilisuus vaikuttavat merkittävästi nanofluidien lämpösuorituskykyyn. Nanofluidien merkitys lämmönsiirtosovelluksissa kasvaa nopeasti, koska niiden lämmönsiirtokyky on ylivoimainen perinteisiin perusnesteisiin verrattuna.
Ultraäänidispersio on erittäin tehokas, luotettava ja teollisesti vakiintunut tekniikka nanofluidien tuottamiseksi, joilla on korkean suorituskyvyn lämmönsiirtokapasiteetti.
UP400St, 400W tehokas ultraääniprosessori seuraavien tuotteiden tuotantoa varten nanonesteet, joilla on erinomainen lämmönjohtavuus.
- korkea pinta-tilavuussuhde huomattavasti suurempiin energian- ja massansiirtonopeuksiin
- Pieni massa takaa erittäin hyvän kolloidisen stabiilisuuden
- alhainen inertia, joka minimoi eroosion
Nämä nanokokoon liittyvät ominaisuudet antavat nanofluideille niiden poikkeuksellisen lämmönjohtavuuden. Ultraäänidispersio on tehokkain tekniikka funktionalisoitujen nanohiukkasten ja nanofluidien tuottamiseksi.
Ultraäänellä tuotetut nanofluidit, joilla on erinomainen lämpö
Lukuisia nanomateriaaleja – kuten CNT: t, piidioksidi, grafeeni, alumiini, hopea, boorinitridi ja monet muut – on jo osoitettu lisäävän lämmönsiirtonesteiden lämpöä. Alta löydät esimerkillisiä tutkimustuloksia ultraäänellä valmistetuista lämpöä johtavista nanofluideista.
Alumiuniumpohjainen nanofluidien tuotanto ultraäänellä
(2015) osoitti ultraäänellä valmistettujen Al2O3-nanofluidien parantuneen lämmönjohtavuuden.
Al2O3-nanohiukkasten hajottamiseksi tasaisesti veteen tutkijat käyttivät Hielscher-koettimen tyyppistä ultraäänilaitetta UP400S. Ultraäänellä deagglomeroidut ja dispergoituneet alumiinihiukkaset, joiden hiukkaskoko on noin 120 nm kaikille nanofluideille – hiukkaspitoisuudesta riippumatta. Nanofluidien lämmönjohtavuus kasvoi korkeammissa lämpötiloissa verrattuna puhtaaseen veteen. Kun Al2O3-hiukkaspitoisuus on 0,5 % huoneenlämpötilassa 25 °C, lämmönjohtavuuden kasvu on vain noin 0,57 %, mutta 65 °C:ssa tämä arvo nousee noin 8 %:iin. Kun tilavuuspitoisuus on 4 %, parannus nousee 7,6 %:sta 14,4 %:iin lämpötilan noustessa 25 °C:sta 65 °C:seen.
[vrt. Buonomo et al., 2015]
Vesipohjaisten boorinitridinanofluidien hiukkaskokojakauma, jossa on erilaisia boorinitridipitoisuuksia ultrasonication jälkeen UP400S: llä (a) 0,1% hBN, (b) 0,5% hBN, (c) 2% hBN
(Tutkimus ja kaaviot: © Ilhan et ai., 2016)
Boorinitridipohjainen nanofluidituotanto sonikaatiota käyttäen
(2016) tutkivat kuusikulmaisen boorinitridin (hBN) pohjaisten nanofluidien lämmönjohtavuutta. Tätä tarkoitusta varten tuotetaan sarja hyvin dispergoituja, stabiileja nanofluideja, jotka sisältävät hBN-nanohiukkasia, joiden keskimääräinen halkaisija on 70 nm, kaksivaiheisella menetelmällä, johon sisältyy ultrasonication ja pinta-aktiiviset aineet, kuten natriumdodekyylisulfaatti (SDS) ja polyvinyylipyrrolidoni (PVP). Ultraäänellä dispergoitu hBN-veden nanofluidi osoittaa merkittävää lämmönjohtavuuden kasvua jopa hyvin laimeilla hiukkaspitoisuuksilla. Sonikaatio koetintyyppisellä ultraäänilaitteella UP400S pienensi aggregaattien keskimääräistä hiukkaskokoa 40–60 nm: iin. Tutkijat päättelevät, että suuret ja tiheät boorinitridiaggregaatit, joita havaittiin käsittelemättömässä kuivassa tilassa, rikkoutuvat ultrasonication-prosessilla ja pinta-aktiivisen aineen lisäyksellä. Tämä tekee ultraäänidispersiosta tehokkaan menetelmän vesipohjaisten nanofluidien valmistamiseksi erilaisilla hiukkaspitoisuuksilla.
[vrt. Ilhan et al., 2016]
STEM-kuva, joka näyttää ultraäänellä dispergoituneen etyleeniglykolipohjaisen (EG) hBN-nanofluidin morfologian, jonka hiukkastilavuuspitoisuus on 0,5%.
(Tutkimus ja kaaviot: © Ilhan et ai., 2016)
“Ultrasonication on kirjallisuudessa yleisimmin käytetty prosessi nanofluidien vakauden lisäämiseksi.” [Ilhan et ai., 2016] Ja myös teollisessa tuotannossa sonikaatio on nykyään tehokkain, luotettavin ja taloudellisin tekniikka pitkäaikaisten vakaiden nanofluidien saamiseksi, joilla on erinomainen suorituskyky.
Teolliset ultraäänilaitteet jäähdytysnesteen tuotantoon
Tieteellisesti todistettu, teollisesti vakiintunut – Hielscher Ultrasonicators nanofluidien tuotantoon
Ultraääni korkean leikkauksen dispergointilaitteet ovat luotettavia koneita korkean suorituskyvyn jäähdytysnesteiden ja lämmönsiirtonesteiden jatkuvaan tuotantoon. Ultraäänellä ohjattu sekoitus tunnetaan tehokkuudestaan ja luotettavuudestaan – myös vaativissa sekoitusolosuhteissa.
Hielscher Ultrasonics -laitteiden avulla voidaan valmistaa myrkyttömiä, vaarattomia, joitakin jopa elintarvikelaatuisia nanofluideja. Samaan aikaan kaikki ultraäänilaitteemme ovat erittäin tehokkaita, luotettavia, turvallisia käyttää ja erittäin kestäviä. Rakennettu 24/7 käyttöön, jopa penkki- ja keskikokoiset ultraäänilaitteet pystyvät tuottamaan merkittäviä määriä.
Lue lisää nanofluidien ultraäänituotannosta tai ota meihin yhteyttä heti saadaksesi perusteellisen kuulemisen ja ilmaisen ehdotuksen ultraäänidispergointilaitteesta!
Alla oleva taulukko antaa sinulle viitteitä ultraäänilaitteidemme likimääräisestä käsittelykapasiteetista:
| Erän tilavuus | Virtausnopeus | Suositellut laitteet |
|---|---|---|
| 1 - 500 ml | 10 - 200 ml / min | UP100H |
| 10 - 2000ml | 20–400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 - 20L | 0.2–4 l/min | UIP2000hdT |
| 10-100L | 2 - 10L / min | UIP4000hdT |
| 15-150L | 3 - 15L / min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10-100L / min | UIP16000 |
| n.a. | suurempi | klusteri UIP16000 |
Ota yhteyttä! / Kysy meiltä!
Hielscher Ultrasonics valmistaa korkean suorituskyvyn ultraäänihomogenisaattoreita sekoitussovelluksiin, dispersioon, emulgointiin ja uuttamiseen laboratorio-, pilotti- ja teollisessa mittakaavassa.
Kirjallisuus / Viitteet
- 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.
Faktoja, jotka kannattaa tietää
Miksi nanofluidit ovat hyviä jäähdytys- ja lämmönsiirtosovelluksiin?
Uusi jäähdytysnesteiden luokka ovat nanofluidit, jotka koostuvat perusnesteestä (esim. vedestä), joka toimii kantajanesteenä nanokokoisille hiukkasille. Perusnesteeseen dispergoidut tarkoitukseen suunnitellut nanohiukkaset (esim. nanokokoinen CuO, alumiinioksidi, titaanidioksidi, hiilinanoputket, piidioksidi tai metallit, kuten kupari, hopeananosauvat) voivat parantaa tuloksena olevan nanofluidin lämmönsiirtokykyä merkittävästi. Tämä tekee nanofluideista poikkeuksellisen tehokkaita jäähdytysnesteitä.
Erityisesti valmistettujen lämpöjohtavia nanohiukkasia sisältävien nanofluidien käyttö mahdollistaa merkittävät parannukset lämmönsiirrossa ja -haihdutuksessa; Esimerkiksi hopeananotangot, joiden halkaisija on 55±12 nm ja keskimääräinen pituus 12,8 μm 0,5 tilavuusprosentilla, lisäsivät veden lämmönjohtavuutta 68% ja 0,5 tilavuusprosenttia hopeananosauvoja lisäsivät etyleeniglykolipohjaisen jäähdytysnesteen lämmönjohtavuutta 98%. Alumiinioksidin nanohiukkaset 0,1%: lla voivat lisätä veden kriittistä lämpövirtaa jopa 70%; Hiukkaset muodostavat jäähdytetylle esineelle karkean huokoisen pinnan, mikä edistää uusien kuplien muodostumista, ja niiden hydrofiilinen luonne auttaa sitten työntämään ne pois, estäen höyrykerroksen muodostumista. Nanofluidi, jonka pitoisuus on yli 5%, toimii kuten ei-Newtonin nesteet. (vrt. (Oldenburg et al., 2007)
Metallinanohiukkasten lisääminen lämmönsäätöjärjestelmissä käytettäviin jäähdytysnesteisiin voi lisätä dramaattisesti perusnesteen lämmönjohtavuutta. Tällaisia metallisia nanopartikkeli-nestekomposiittimateriaaleja kutsutaan nanofluideiksi, ja niiden käyttö jäähdytysnesteinä voi vähentää avaruusalusten lämmönsäätöjärjestelmien paino- ja tehovaatimuksia. Nanofluidien lämmönjohtavuus riippuu nanohiukkasten pitoisuudesta, koosta, muodosta, pintakemiasta ja aggregaatiotilasta. Nanohiukkasten kuormituspitoisuuden ja nanohiukkasten kuvasuhteen vaikutuksia veden ja etyleeniglykolipohjaisten jäähdytysnesteiden lämmönjohtavuuteen ja viskositeettiin tutkittiin. Hopeananotangot, joiden halkaisija on 55 ± 12 nm ja keskimääräinen pituus 12,8 ± 8,5 μm pitoisuutena 0,5 tilavuusprosenttia, lisäsivät veden lämmönjohtavuutta 68%. Etyleeniglykolipohjaisen jäähdytysnesteen lämmönjohtavuutta lisättiin 98% hopean nanotangon kuormituspitoisuudella 0,5 tilavuusprosenttia. Pidemmillä nanosauvoilla oli suurempi vaikutus lämmönjohtavuuteen kuin lyhyemmillä nanosauvoilla samalla kuormitustiheydellä. Pidemmät nanosauvat lisäsivät kuitenkin myös perusnesteen viskositeettia enemmän kuin lyhyemmät nanosauvat.
(Oldenburg et ai., 2007)
Hielscher Ultrasonics valmistaa korkean suorituskyvyn ultraäänihomogenisaattoreita laboratorio jotta Teollisuuden koko.