Hővezető nanofluidumokon alapuló hűtőfolyadékok
Az ultrahanggal szintetizált nanofluidok hatékony hűtőfolyadékok és hőcserélő folyadékok. A hővezető nanoanyagok jelentősen növelik a hőátadási és hőelvezetési kapacitást. A szonikálás jól megalapozott a hővezető nanorészecskék szintézisében és funkcionalizálásában, valamint stabil, nagy teljesítményű nanofluidok előállításában hűtési alkalmazásokhoz.
Nanofluidikai hatások a termohidraulikus teljesítményre
Az anyag hővezető képessége a hővezetési képességének mértéke. Hűtőfolyadékok és közvetítőközegek (más néven termikus folyadék vagy termikus olaj) esetében magas hővezető képességre van szükség. Számos nanoanyag kiváló hővezető tulajdonságokkal rendelkezik. A nanoanyagok kiváló hőkomfortosságának kihasználása érdekében hűtőfolyadékként úgynevezett nanofluidokat használnak. A nanofluidok olyan folyadékok, amelyekben nanométer méretű részecskék szuszpendálódnak az alapfolyadékban, például vízben, glikolban vagy olajban, ahol kolloid oldatot képeznek. A nanofluidok jelentősen növelhetik a hővezető képességet a nanorészecskék nélküli vagy nagyobb részecskéket nem tartalmazó folyadékokhoz képest. A diszpergált nanorészecskék anyaga, mérete, viszkozitása, felületi töltése és folyadékstabilitása jelentősen befolyásolja a nanofluidok hőteljesítményét. A nanofluidok gyorsan egyre fontosabbá válnak a hőátadási alkalmazásokban, mivel a hagyományos alapfolyadékokhoz képest kiváló hőátadási teljesítményt mutatnak.
Az ultrahangos diszperzió rendkívül hatékony, megbízható és iparilag megalapozott technika nagy teljesítményű hőátadási kapacitású nanofluidok előállítására.
UP400St, egy 400W teljesítményű ultrahangos processzor kiváló hővezető képességű nanofluidok előállításához.
- Magas felület: térfogat arány a jelentősen nagyobb energia- és tömegátadási sebesség érdekében
- Kis tömeg a nagyon jó kolloid stabilitás érdekében
- alacsony tehetetlenség, ami minimalizálja az eróziót
Ezek a nanomérettel kapcsolatos tulajdonságok adják a nanofluidok kivételes hővezető képességét. Az ultrahangos diszperzió a leghatékonyabb technika a funkcionalizált nanorészecskék és nanofluidok előállítására.
Ultrahanggal előállított nanofluidok kiváló hőkedvezménnyel
Számos nanoanyag – például CNT-k, szilícium-dioxid, grafén, alumínium, ezüst, bór-nitrid és még sokan mások – már bebizonyosodott, hogy növeli a közvetítőközegek hőszigetelő képességét. Az alábbiakban példaértékű kutatási eredményeket talál az ultrahangos kezelés alatt előállított termovezető nanofluidok számára.
Alumínium alapú nanofluid előállítás ultrahanggal
Buonomo et al. (2015) kimutatta az ultrahangos kezelés alatt előállított Al2O3 nanofluidok jobb hővezető képességét.
Annak érdekében, hogy az Al2O3 nanorészecskéket egyenletesen diszpergálják a vízbe, a kutatók a Hielscher szonda típusú ultrahangos készüléket használták UP400S. Ultrahanggal deagglomerált és diszpergált alumínium részecskék kapott részecskeméret kb. 120 nm minden nanofluidhoz – függetlenül a részecske koncentrációjától. A nanofluidok hővezető képessége magasabb hőmérsékleten nőtt a tiszta vízhez képest. 0,5% Al2O3 részecskekoncentrációval 25 ° C szobahőmérsékleten a hővezető képesség növekedése csak körülbelül 0,57%, de 65 ° C-on ez az érték körülbelül 8% -ra nő. 4%-os térfogatkoncentráció esetén a javulás 7,6%-ról 14,4%-ra emelkedik, a hőmérséklet pedig 25°C-ról 65°C-ra emelkedik.
[vö. Buonomo et al., 2015]
A vízalapú bór-nitrid nanofluidok részecskeméret-eloszlása különböző bór-nitrid koncentrációval ultrahangozás után UP400S (a) 0,1% hBN, (b) 0,5% hBN, (c) 2% hBN
(Tanulmány és grafikonok: © Ilhan et al., 2016)
Bór-nitrid alapú nanofluid termelés szonikálással
Ilhan et al. (2016) hatszögletű bórnitrid (hBN) alapú nanofluidok hővezető képességét vizsgálta. Ebből a célból egy sor jól diszpergált, stabil nanofluid, amely 70 nm átlagos átmérőjű hBN nanorészecskéket tartalmaz, kétlépcsős módszerrel állítják elő, amely ultrahangos kezelést és felületaktív anyagokat, például nátrium-dodecil-szulfátot (SDS) és polivinil-pirrolidont (PVP) tartalmaz. Az ultrahanggal diszpergált hBN-víz nanofluid jelentős hővezető képességnövekedést mutat még nagyon híg részecskekoncentrációk esetén is. Sonication a szonda típusú ultrahangos UP400S csökkentette az aggregátumok átlagos részecskeméretét 40–60 nm tartományban. A kutatók arra a következtetésre jutottak, hogy a nagy és sűrű bór-nitrid aggregátumok, amelyeket kezeletlen száraz állapotban figyeltek meg, ultrahangos eljárással és felületaktív anyag hozzáadásával megszakadnak. Ez teszi az ultrahangos diszperziót hatékony módszerré a különböző részecskekoncentrációjú vízalapú nanofluidok előállítására.
[vö. Ilhan et al., 2016]
STEM kép, amely ultrahanggal diszpergált etilénglikol (EG) alapú hBN nanofolyadék morfológiáját mutatja 0,5% részecsketérfogat-koncentrációval.
(Tanulmány és grafikonok: © Ilhan et al., 2016)
“Az ultrahangos kezelés a legszélesebb körben alkalmazott eljárás az irodalomban a nanofluidok stabilitásának növelésére.” [Ilhan és mtsai., 2016] És az ipari termelésben is, szonikálás manapság a leghatékonyabb, legmegbízhatóbb és leggazdaságosabb technika a hosszú távú stabil nanofluidok előállítására kiemelkedő teljesítmény.
Ipari ultrahangos készülékek hűtőfolyadék előállításához
Tudományosan bizonyított, iparilag megalapozott – Hielscher Ultrasonicators nanofluid termeléshez
Az ultrahangos nagy nyíróerejű diszpergálószerek megbízható gépek nagy teljesítményű hűtőfolyadékok és közvetítőközegek folyamatos előállításához. Az ultrahanggal vezérelt keverés hatékonyságáról és megbízhatóságáról ismert – még akkor is, ha igényes keverési feltételek vannak érvényben.
A Hielscher Ultrasonics berendezés lehetővé teszi nem mérgező, nem veszélyes, néhány élelmiszer-minőségű nanofluidok előállítását. Ugyanakkor minden ultrahangos készülékünk rendkívül hatékony, megbízható, biztonságosan kezelhető és nagyon robusztus. Épült 24/7 működés, még a pad-top és közepes méretű ultrahangos készülékek is képesek figyelemre méltó mennyiségek előállítására.
Tudjon meg többet a nanofluidok ultrahangos előállításáról, vagy vegye fel velünk a kapcsolatot most, hogy mélyreható konzultációt és ingyenes javaslatot kapjon ultrahangos diszpergálóra!
Az alábbi táblázat jelzi ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitását:
| Kötegelt mennyiség | Áramlási sebesség | Ajánlott eszközök |
|---|---|---|
| 1–500 ml | 10–200 ml/perc | UP100H |
| 10 és 2000 ml között | 20–400 ml/perc | UP200Ht, UP400ST |
| 0.1-től 20L-ig | 0.2-től 4 liter/percig | UIP2000hdT |
| 10–100 liter | 2–10 l/perc | UIP4000hdt |
| 15–150 liter | 3–15 l/perc | UIP6000hdT |
| n.a. | 10–100 l/perc | UIP16000 |
| n.a. | Nagyobb | klaszter UIP16000 |
Kapcsolat! / Kérdezzen tőlünk!
A Hielscher Ultrasonics nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorokat gyárt keverési alkalmazásokhoz, diszperzióhoz, emulgeáláshoz és extrakcióhoz laboratóriumi, kísérleti és ipari méretekben.
Irodalom / Hivatkozások
- 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.
Tények, amelyeket érdemes tudni
Miért jók a nanofluidok hűtési és hőátadási alkalmazásokhoz?
A hűtőfolyadékok új osztálya a nanofluidok, amelyek egy alapfolyadékból (pl. vízből) állnak, amely hordozófolyadékként működik nanoméretű részecskék számára. Az alapfolyadékba diszpergált célirányosan tervezett nanorészecskék (pl. nanoméretű CuO, alumínium-oxid, titán-dioxid, szén nanocsövek, szilícium-dioxid vagy fémek, például réz, ezüst nanorudak) jelentősen növelhetik a keletkező nanofluid hőátadó képességét. Ez teszi a nanofluidokat rendkívül nagy teljesítményű hűtőfolyadékká.
A hővezető nanorészecskéket tartalmazó, speciálisan előállított nanofluidok használata jelentős javulást tesz lehetővé a hőátadás és -elvezetés terén; pl. az 55±12 nm átmérőjű és 12,8 μm átlagos hosszúságú ezüst nanorudak 0,5 térfogat% mellett 68%-kal növelték a víz hővezető képességét, az ezüst nanorudak pedig 0,5 térfogat% -kal növelték az etilénglikol alapú hűtőfolyadék hővezető képességét 98% -kal. A 0,1% -os alumínium-oxid nanorészecskék akár 70% -kal is növelhetik a víz kritikus hőáramát; A részecskék durva porózus felületet képeznek a hűtött tárgyon, ami elősegíti az új buborékok kialakulását, majd hidrofil természetük segít eltolni őket, akadályozva a gőzréteg kialakulását. Az 5% -nál nagyobb koncentrációjú nanofluid úgy viselkedik, mint a nem newtoni folyadékok. (vö. (Oldenburg et al., 2007)
A fém nanorészecskék hozzáadása a hőszabályozó rendszerekben használt hűtőfolyadékokhoz drámai módon növelheti az alapfolyadék hővezető képességét. Az ilyen fém nanorészecske-folyadék kompozit anyagokat nanofluidoknak nevezik, és hűtőfolyadékként való felhasználásuk csökkentheti az űrhajók hőszabályozó rendszereinek súly- és teljesítményigényét. A nanofluidok hővezető képessége az alkotó nanorészecskék koncentrációjától, méretétől, alakjától, felületi kémiájától és aggregációs állapotától függ. Megvizsgáltam a nanorészecskék töltési koncentrációjának és a nanorészecskék oldalarányának hatását a víz és etilénglikol alapú hűtőközegek hővezető képességére és viszkozitására. Az 55 ± 12 nm átmérőjű és 12,8 ± 8,5 μm átlagos hosszúságú ezüst nanorudak 0,5 térfogatszázalék koncentrációban 68% -kal növelték a víz hővezető képességét. Az etilénglikol alapú hűtőfolyadék hővezető képessége 98% -kal nőtt, az ezüst nanorúd terhelési koncentrációja 0,5 térfogatszázalék volt. A hosszabb nanorudak nagyobb hatással voltak a hővezető képességre, mint az azonos terhelési sűrűségű rövidebb nanorudak. A hosszabb nanorudak azonban nagyobb mértékben növelték az alapfolyadék viszkozitását is, mint a rövidebb nanorudak.
(Oldenburg és mások, 2007)
Hielscher Ultrasonics gyárt nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorok labor hoz ipari méret.