Rashladna sredstva na bazi toplinski vodljivih nanofluida

Ultrazvučno sintetizirani nanofluidi učinkovita su rashladna sredstva i tekućine za izmjenjivače topline. Toplinski vodljivi nanomaterijali znatno povećavaju kapacitet prijenosa i odvođenja topline. Sonikacija je dobro etablirana u sintezi i funkcionalizaciji toplinski vodljivih nanočestica te u proizvodnji stabilnih nanofluida visokih performansi za primjene hlađenja.

Učinci nanofluida na toplinsko-hidrauličke performanse

Toplinska vodljivost materijala mjera je njegove sposobnosti provođenja topline. Za rashladna sredstva i fluide za prijenos topline (koji se nazivaju i toplinskim fluidima ili termalnim uljima) poželjna je visoka toplinska vodljivost. Brojni nanomaterijali imaju izvrsna svojstva toplinske vodljivosti. Kako bi se iskoristila vrhunska toplinska vodljivost nanomaterijala, kao rashladne tekućine upotrebljavaju se takozvani nanofluidi. Nanofluid je fluid u kojem su čestice nanometarskih dimenzija suspendirane u osnovnom fluidu poput vode, glikola ili ulja, gdje tvore koloidnu otopinu. Nanofluidi mogu imati znatno veću toplinsku vodljivost u usporedbi s tekućinama bez nanočestica ili većih čestica. Materijal, veličina, viskoznost, površinski naboj i stabilnost fluida dispergiranih nanočestica znatno utječu na toplinske performanse nanofluida. Nanofluidi brzo dobivaju na važnosti u primjenama prijenosa topline jer pokazuju bolje performanse prijenosa topline u usporedbi s konvencionalnim osnovnim fluidima.
Ultrazvučno dispergiranje vrlo je učinkovita, pouzdana i industrijski etablirana tehnika za proizvodnju nanofluida s visokim kapacitetom prijenosa topline.

Ultrazvučno sintetizirani nanofluidi učinkovita su rashladna sredstva i tekućine za izmjenjivače topline. Toplinski vodljivi nanomaterijali znatno povećavaju prijenos topline i sposobnost njezina odvođenja. Sonikacija je dobro ustaljena metoda u sintezi i funkcionalizaciji toplinski vodljivih nanočestica te u proizvodnji stabilnih nanofluida visokih radnih svojstava za primjene u hlađenju.

Ultrazvučna obrada omogućuje iskorištavanje prednosti čestica nanometarskih dimenzija kao što su

• visok omjer površine i volumena za znatno veće brzine prijenosa energije i tvari
• mala masa za vrlo dobru koloidnu stabilnost
• mala inercija, koja svodi eroziju na najmanju moguću mjeru

Ta svojstva povezana s nanometarskim dimenzijama daju nanofluidima njihovu iznimnu toplinsku vodljivost. Ultrazvučno dispergiranje najučinkovitija je tehnika za proizvodnju funkcionaliziranih nanočestica i nanofluida.

Ultrazvučno proizvedeni nanofluidi s vrhunskom toplinskom vodljivošću

Za brojne nanomaterijale – poput CNT-ova, silicijeva dioksida, grafena, aluminija, srebra, borova nitrida i mnogih drugih – već je dokazano da povećavaju toplinsku vodljivost fluida za prijenos topline. U nastavku možete pronaći primjere rezultata istraživanja toplinski vodljivih nanofluida pripremljenih ultrazvučnom obradom.

Proizvodnja nanofluida na bazi aluminija ultrazvukom

Buonomo i sur. (2015) pokazali su poboljšanu toplinsku vodljivost nanofluida Al2O3 pripremljenih ultrazvučnom obradom.
Kako bi nanočestice Al2O3 ravnomjerno dispergirali u vodi, istraživači su upotrijebili Hielscher ultrazvučni uređaj sa sondom UP400S. Ultrazvučnom deaglomeracijom i dispergiranjem aluminijskih čestica dobivena je veličina čestica od približno 120 nm za sve nanofluide – neovisno o koncentraciji čestica. Toplinska vodljivost nanofluida povećavala se pri višim temperaturama u usporedbi s čistom vodom. Pri koncentraciji čestica Al2O3 od 0,5% i sobnoj temperaturi od 25°C povećanje toplinske vodljivosti iznosi samo oko 0,57%, ali pri 65°C ta vrijednost raste na oko 8%. Pri volumnoj koncentraciji od 4% poboljšanje raste sa 7,6% na 14,4% s porastom temperature s 25°C na 65°C.
[usp. Buonomo i sur., 2015]

Proizvodnja nanofluida na bazi borova nitrida sonikacijom

Ilhan et al. (2016) istraživali su toplinsku vodljivost nanofluida na bazi heksagonskog borova nitrida (hBN). U tu se svrhu niz dobro dispergiranih, stabilnih nanofluida koji sadržavaju nanočestice hBN-a srednjeg promjera 70 nm proizvodi metodom u dva koraka koja uključuje sonikaciju i površinski aktivne tvari poput natrijeva dodecil-sulfata (SDS) i polivinilpirolidona (PVP). Ultrazvučno dispergirani nanofluid hBN–voda pokazuje znatno povećanje toplinske vodljivosti čak i pri vrlo niskim koncentracijama čestica. Sonikacija ultrazvučnim uređajem sa sondom UP400S smanjila je prosječnu veličinu čestica agregata na raspon 40–60 nm. Istraživači zaključuju da se veliki i gusti agregati borova nitrida, opaženi u neobrađenom suhom stanju, razbijaju postupkom sonikacije i dodavanjem površinski aktivnih tvari. Time je ultrazvučno dispergiranje učinkovita metoda za pripremu nanofluida na bazi vode s različitim koncentracijama čestica.
[cf. Ilhan et al., 2016]

“Sonikacija je postupak koji se u literaturi najčešće primjenjuje za povećanje stabilnosti nanofluida.” [Ilhan et al., 2016] I u industrijskoj je proizvodnji sonikacija danas najučinkovitija, najpouzdanija i najekonomičnija tehnika za dobivanje dugoročno stabilnih nanofluida iznimnih svojstava.

Industrijski ultrazvučni uređaji za proizvodnju rashladnih tekućina

Znanstveno dokazani, etablirani u industriji – Hielscher ultrazvučni uređaji za proizvodnju nanofluida
Ultrazvučni dispergatori s visokim smičnim silama pouzdani su strojevi za kontinuiranu proizvodnju visokoučinkovitih rashladnih tekućina i fluida za prijenos topline. Ultrazvučno miješanje poznato je po svojoj učinkovitosti i pouzdanosti – čak i u zahtjevnim uvjetima miješanja.
Oprema Hielscher Ultrasonics omogućuje pripremu netoksičnih, neopasnih nanofluida, od kojih su neki čak i prehrambene kvalitete. Istodobno su svi naši ultrazvučni uređaji vrlo učinkoviti, pouzdani, sigurni za rukovanje i vrlo robusni. Konstruirani za rad 24/7, čak i naši stolni ultrazvučni uređaji i uređaji srednje veličine mogu proizvesti znatne količine.
Pročitajte više o ultrazvučnoj proizvodnji nanofluida ili nam se odmah obratite za detaljno savjetovanje i besplatnu ponudu za ultrazvučni dispergator!

Tablica u nastavku daje okvirni pregled približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja:

U ovom videozapisu prikazujemo ultrazvučni sustav od 2 kilovata za protočni rad u ormaru s ispiranjem plinom. Hielscher isporučuje ultrazvučnu opremu za gotovo sve industrijske grane, poput kemijske, farmaceutske i kozmetičke industrije, petrokemijskih procesa te procesa ekstrakcije otapalima. Ovaj ormar od nehrđajućeg čelika s ispiranjem plinom namijenjen je radu u eksplozivno ugroženim prostorima. U tu svrhu korisnik može ispirati zabrtvljeni ormar dušikom ili svježim zrakom kako bi spriječio ulazak zapaljivih plinova ili para u ormar.