Rashladna sredstva na bazi termovoduktivnih nanofluida
Ultrazvučno sintetizirani nanofluidi su učinkovite rashladne tekućine i tekućine izmjenjivača topline. Termovoduktivni nanomaterijali značajno povećavaju prijenos topline i kapacitet odvođenja topline. Ultrazvukom je dobro uspostavljena sinteza i funkcionalizacija termovoduktivnih nanočestica kao i proizvodnja stabilnih visokoučinkovitih nanofluida za primjenu hlađenja.
Nanofluidni učinci na termohidrauličke performanse
Toplinska vodljivost materijala je mjera njegove sposobnosti provođenja topline. Za rashladna sredstva i tekućinu za prijenos topline (koja se naziva i toplinska tekućina ili termalno ulje) poželjna je visoka toplinska vodljivost. Brojni nanomaterijali nude izvrsna termovodivna svojstva. Da bi se koristila vrhunska toplinska pogodnost nanomaterijala, kao rashladne tekućine koriste se takozvani nanofluidi. Nanofluidi su tekućina u kojoj se čestice veličine nanometra suspendiraju u osnovnoj tekućini poput vode, glikola ili ulja, gdje tvore koloidnu otopinu. Nanofluidi mogu značajno povećati toplinsku vodljivost u usporedbi s tekućinama bez nanočestica ili većih čestica. Materijal, veličina, viskoznost, površinski naboj i stabilnost tekućine raspršenih nanočestica značajno utječu na toplinske performanse nanofluida. Nanofluidi brzo dobivaju na važnosti u primjenama prijenosa topline jer pokazuju vrhunske performanse prijenosa topline u usporedbi s konvencionalnim baznim tekućinama.
Ultrazvučna disperzija je vrlo učinkovita, pouzdana i industrijski uspostavljena tehnika za proizvodnju nanofluida s visokim kapacitetima prijenosa topline.
UP400St, 400W snažan ultrazvučni procesor za proizvodnju nanofluida s vrhunskom toplinskom vodljivošću.
- visoka površina: omjer volumena za znatno veće brzine prijenosa energije i mase
- niska masa za vrlo dobru koloidnu stabilnost
- niska inercija, koja minimizira eroziju
Ove značajke povezane s nano veličinom nanofluidima daju iznimnu toplinsku vodljivost. Ultrazvučna disperzija je najučinkovitija tehnika za proizvodnju funkcionaliziranih nanočestica i nanofluida.
Ultrazvučno proizvedeni nanofluidi s vrhunskom toplinskom pogodnošću
Brojni nanomaterijali – kao što su CNT-ovi, silicijev dioksid, grafen, aluminij, srebro, bor nitrid i mnogi drugi – već je dokazano da povećavaju toplinsku pogodnost tekućina za prijenos topline. U nastavku možete pronaći uzorne rezultate istraživanja za termo-vodljive nanofluide pripremljene pod ultrazvukom.
Proizvodnja nanofluida na bazi alumiunija ultrazvukom
(2015) pokazao poboljšanu toplinsku vodljivost Al2O3 nanofluida, koji su pripremljeni pod ultrazvukom.
Kako bi raspršili nanočestice Al2O3 ravnomjerno u vodu, istraživači su koristili Hielscher sondu tipa ultrasonicator UP400S. Ultrazvučno deaglomerirane i raspršene čestice aluminija dane u veličini čestica od približno 120 nm za sve nanofluide – neovisno o koncentraciji čestica. Toplinska vodljivost nanofluida povećavala se na višim temperaturama u usporedbi s čistom vodom. S koncentracijom čestica Al2O3 od 0,5% na sobnoj temperaturi od 25 °C povećanje toplinske vodljivosti iznosi samo oko 0,57%, ali na 65 °C ta se vrijednost povećava na oko 8%. Za koncentraciju volumena od 4% poboljšanje ide od 7,6% do 14,4% s temperaturom koja raste od 25 °C do 65 °C.
Buonomo i dr., 2015.]
Raspodjela veličine čestica nanofluida bora nitrida na bazi vode s različitom koncentracijom nitrida bora nakon ultrazvuka s UP400S (a) 0,1% hBN, (b) 0,5% hBN, (c) 2% hBN
(Studija i grafikoni: © Ilhan i sur., 2016).
Proizvodnja nanofluida na bazi Boron Nitride pomoću ultrazvukom
(2016) istraživao je toplinsku vodljivost nanofluida na bazi šesterokutnog bora (hBN). U tu svrhu niz dobro raspršenih, stabilnih nanofluida, koji sadrže hBN nanočestice srednjeg promjera 70 nm, proizvode se metodom u dva koraka koja uključuje ultrazvukom i površinski aktivne tvari kao što su natrijev dodecyl sulfat (SDS) i polivinil pirolidon (PVP). Ultrazvučno raspršeni hBN-vodeni nanofluid pokazuje značajno povećanje toplinske vodljivosti čak i za vrlo razrijeđene koncentracije čestica. Ultrazvukom s sonda tipa ultrasonicator UP400S smanjio prosječnu veličinu čestica agregata na 40-60 nm raspon. Istraživači zaključuju da su veliki i gusti agregati nitridnog bora, koji su uočeni u neliječenom suhom stanju, slomljeni ultrazvučnim procesom i dodatkom površinski aktivne tvari. To ultrazvučnu disperziju čini učinkovitom metodom za pripremu nanofluida na bazi vode s različitim koncentracijama čestica.
Ilhan i dr., 2016.]
STEM slika koja prikazuje morfologiju ultrazvučno raspršenog etilen glikol (EG)- na bazi hBN nanofluida na bazi s koncentracijom volumena čestica od 0,5%.
(Studija i grafikoni: © Ilhan i sur., 2016).
“Ultrasonication je najrašireniji proces u literaturi za povećanje stabilnosti nanofluida.” [Ilhan i sur., 2016] Također u industrijskoj proizvodnji, ultrazvukom je danas najučinkovitija, pouzdana i ekonomična tehnika za dobivanje dugoročnih stabilnih nanofluida izvanrednih performansi.
Industrijski ultrasonicators za proizvodnju rashladnog sredstva
Znanstveno dokazano, industrijski uspostavljeno – Hielscher Ultrasonicators za proizvodnju nanofluida
Ultrazvučni raspršivači s visokim smicanja pouzdani su strojevi za kontinuiranu proizvodnju rashladnih sredstava visokih performansi i tekućina za prijenos topline. Ultrazvučno vođeno miješanje poznato je po svojoj učinkovitosti i pouzdanosti – čak i kada se primjenjuju zahtjevni uvjeti miješanja.
Hielscher Ultrazvučna oprema omogućuje pripremu netoksične, neopasne, neke čak i prehrambene nanofluide. U isto vrijeme, svi naši ultrasonicators su vrlo učinkoviti, pouzdani, sigurni za rad, i vrlo robusni. Izgrađeni za 24/7 rad, čak i naši stolni i srednji ultrasonicators su sposobni proizvesti izvanredne volumene.
Pročitajte više o ultrazvučnoj proizvodnji nanofluida ili nas odmah kontaktirajte kako biste dobili dubinske konzultacije i besplatan prijedlog za ultrazvučni raspršivač!
Tablica u nastavku daje vam pokazatelj približne mogućnosti obrade naših ultrazvučnih uređaja:
| Batch Volumen | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 1 do 500 mL | 10 do 200 mL / min | UP100H |
| 10 do 2000 ml | 20 do 400 mL / min | Uf200 ः t, UP400St |
| 0.1 do 20L | 0.2 do 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10 l / min | UIP4000hdT |
| 15 do 150L | 3 do 15L/min | UIP6000hdT |
| N.a. | 10 do 100 l / min | UIP16000 |
| N.a. | veći | grozd UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi za miješanje aplikacija, disperziju, emulzifikaciju i ekstrakciju na laboratorijskim, pilotskim i industrijskim razmjerima.
Književnost / Reference
- 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.
Činjenice koje vrijedi znati
Zašto su nanofluidi dobri za aplikacije za hlađenje i prijenos topline?
Nova klasa rashladnih sredstava su nanofluidi koji se sastoje od bazne tekućine (npr. Vode), koja djeluje kao tekućina nosača čestica nano veličine. Namjenski dizajnirane nanočestice (npr. CuO nano veličine, alumina titanijev dioksid, ugljikove nanocjevčice, silicijev dioksid ili metali kao što su bakar, srebrni nanorodi) raspršeni u baznu tekućinu mogu značajno povećati kapacitet prijenosa topline dobivenog nanofluida. To čini nanofluide izvanrednim tekućinama za hlađenje visokih performansi.
Upotreba posebno proizvedenih nanofluida koji sadrže termovodljive nanočestice omogućuju značajna poboljšanja u prijenosu i rasipanju topline; npr. srebrni nanorodi promjera 55±12 nm i prosječne duljine 12,8 μm pri 0,5 vol.% povećali su toplinsku vodljivost vode za 68%, a 0,5 vol.% srebrnih nanoroda povećalo je toplinsku vodljivost rashladne tekućine na bazi etilen glikola za 98%. Nanočestice glinice na 0,1% mogu povećati kritični toplinski tok vode za čak 70%; čestice tvore grubu poroznu površinu na ohlađenom objektu, što potiče stvaranje novih mjehurića, a njihova hidrofilna priroda tada pomaže u njihovom odgurivanju, ometajući stvaranje sloja pare. Nanofluid s koncentracijom većom od 5% djeluje poput ne-Newtonovih tekućina. (Oldenburg i dr., 2007.)
Dodavanje metalnih nanočestica rashladnim tvarima koje se koriste u toplinskim sustavima kontrole može dramatično povećati toplinsku vodljivost bazne tekućine. Takvi metalni kompozitni materijali nanočestice i tekućine nazivaju se nanofluidi, a njihova uporaba kao rashladnih sredstava može smanjiti zahtjeve za težinom i snagom sustava toplinske kontrole svemirskih letjelica. Toplinska vodljivost nanofluida ovisi o koncentraciji, veličini, obliku, površinskoj kemiji i agregacijskom stanju sastavnih nanočestica. Istraživani su učinci koncentracije opterećenja nanočestica i omjera slike nanočestica na toplinsku vodljivost i viskoznost rashladnih sredstava na bazi vode i etilen glikola. Srebrni nanorodi promjera 55 ± 12 nm i prosječne duljine 12,8 ± 8,5 μm u koncentraciji od 0,5% volumena povećali su toplinsku vodljivost vode za 68%. Toplinska vodljivost rashladne tekućine na bazi etilen glikola povećana je za 98% s koncentracijom opterećenja srebrnog nanoroda od 0,5% volumena. Dulji nanorodi imali su veći učinak na toplinsku vodljivost od kraćih nanoroda pri istoj gustoći opterećenja. Međutim, dulji nanorodi također su povećali viskoznost bazne tekućine u većoj mjeri od kraćih nanoroda.
(Oldenburg i dr., 2007)
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi Laboratorija do industrijske veličine.