Hővezető nanofluidokon alapuló hűtőfolyadékok
Ultrahangosan szintetizált nanofluidok hatékony hűtőfolyadékok és hőcserélő folyadékok. A hővezető nanoanyagok jelentősen növelik a hőátadási és hőelvezetési képességet. Az ultrahangos kezelés jól megalapozott a termoresztív nanorészecskék szintézisében és funkcionalizálásában, valamint a stabil, nagy teljesítményű nanofluidok előállításában hűtési alkalmazásokhoz.
Nanofluidikai hatások a termohidraulikus teljesítményre
Az anyag hővezető képessége a hővezető képességének mértéke. A hűtőfolyadékok és a közvetítőközeg (más néven hőfolyadék vagy hőolaj) esetében magas hővezető képesség szükséges. Számos nanoanyag kiváló hővezető tulajdonságokkal rendelkezik. A nanoanyagok kiváló hőtámogató képességének kihasználása érdekében hűtőfolyadékként úgynevezett nanofluidokat használnak. A nanofluidok olyan folyadékok, amelyekben nanométeres méretű részecskéket szuszpendálnak az alapfolyadékban, például vízben, glikolban vagy olajban, ahol kolloid oldatot képeznek. A nanofluidok jelentősen növelhetik a hővezető képességet a nanorészecskék vagy nagyobb részecskék nélküli 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 kiváló hőátadási teljesítményt mutatnak a hagyományos alapfolyadékokhoz képest.
Az ultrahangos diszperzió egy rendkívül hatékony, megbízható és iparilag megalapozott technika a nagy teljesítményű hőátadási kapacitással rendelkező nanofluidok előállítására.
UP400St, egy 400 W-os erős ultrahangos processzor kiváló hővezető képességű nanofluidok előállítására.
- nagy felület-térfogat arány a jelentősen nagyobb energia- és tömegátadási sebesség érdekében
- kis tömeg a nagyon jó kolloid stabilitás érdekében
- alacsony tehetetlenség, amely minimalizálja az eróziót
Ezek a nanomérettel kapcsolatos tulajdonságok kivételes hővezető képességet biztosítanak a nanofluidoknak. Az ultrahangos diszperzió a leghatékonyabb technika funkcionalizált nanorészecskék és nanofluidok előállítására.
Ultrahanggal előállított nanofluidok kiváló hővezető képességgel
Számos nanoanyag – például CNT-k, szilícium-dioxid, grafén, alumínium, ezüst, bór-nitrid és még sokan mások – már bizonyítottan növelik a közvetítőközegek hővezető képességét. Az alábbiakban példaértékű kutatási eredményeket talál a hővezető nanofluidok ultrahangos kezelés alatt elkészítéséhez.
Alumiunium alapú nanofluid termelés ultrahanggal
Buonomo et al. (2015) bemutatta az Al2O3 nanofluidok jobb hővezető képességét, amelyeket ultrahangos kezelés alatt készítettek.
Annak érdekében, hogy az Al2O3 nanorészecskéket egyenletesen diszpergálják a vízbe, a kutatók a Hielscher szonda típusú ultrasonicator UP400S. Ultrahanggal deagglomerált és diszpergált alumínium részecskék kb. 120 nm részecskeméretben minden nanofluidhoz – a részecskekoncentrációtól függetlenül. A nanofluidok hővezető képessége magasabb hőmérsékleten nőtt a tiszta vízhez képest. 0,5% Al2O3 részecskekoncentrációval 25°C-os 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 növekedés 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 ultrahangos kezelés 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) a hatszögletű bór-nitrid (hBN) alapú nanofluidok hővezető képességét vizsgálta. Ebből a célból egy sor jól diszpergált, stabil nanofluidumot, amelyek 70 nm átlagos átmérőjű hBN nanorészecskéket tartalmaznak, 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. Az ultrahangos kezelés a szonda típusú ultrahangos készülékkel UP400S csökkentette az aggregátumok átlagos részecskeméretét 40–60 nm-es tartományba. 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 módszernek a különböző részecskekoncentrációjú vízalapú nanofluidok előállítására.
[vö. Ilhan et al., 2016]
STEM kép, amely egy ultrahangosan diszpergált etilénglikol (EG) alapú hBN nanofluid morfológiáját mutatja, 0,5% részecsketérfogat-koncentrációval.
(Tanulmány és grafikonok: © Ilhan et al., 2016)
“Ultrasonication a legszélesebb körben alkalmazott folyamat a szakirodalomban a stabilitás növelése nanofluidok.” [Ilhan et al., 2016] És az ipari termelésben is, az ultrahangos kezelés manapság a leghatékonyabb, legmegbízhatóbb és leggazdaságosabb technika a kiemelkedő teljesítményű, hosszú távú stabil nanofluidok megszerzéséhez.
Ipari ultrahangos készülékek hűtőfolyadék gyártásához
Tudományosan bizonyított, iparilag megalapozott – Hielscher Ultrasonicators a nanofluid termeléshez
Az ultrahangos nagy nyíró diszpergálók megbízható gépek a nagy teljesítményű hűtőfolyadékok és hőátadó folyadékok folyamatos előállításához. Az ultrahanggal vezérelt keverés hatékonyságáról és megbízhatóságáról ismert – még akkor is, ha igényes keverési feltételek érvényesek.
A Hielscher Ultrasonics berendezések lehetővé teszik, hogy készítsen nem mérgező, nem veszélyes, néhány még élelmiszer-minőségű nanofluidok. Ugyanakkor minden ultrahangos készülékünk rendkívül hatékony, megbízható, biztonságosan kezelhető és nagyon robusztus. 24/7 működésre tervezve, még az asztali és közepes méretű ultrahangos készülékeink is képesek figyelemre méltó mennyiségeket előállítani.
Tudjon meg többet a nanofluidok ultrahangos előállításáról, vagy vegye fel velünk a kapcsolatot most, hogy mélyreható konzultációt és ingyenes javaslatot kapjon egy ultrahangos diszpergálóról!
Az alábbi táblázat az ultrahangos készülékek hozzávetőleges feldolgozási kapacitását jelzi:
| Kötegelt mennyiség | Áramlási sebesség | Ajánlott eszközök |
|---|---|---|
| 1 - 500 ml | 10-200 ml / perc | UP100H |
| 10-2000 ml | 20-400 ml / perc | Uf200 ः t, UP400St |
| 0.1-20L | 02 - 4 L / perc | UIP2000hdT |
| 10-100 liter | 2 - 10 l / perc | UIP4000hdT |
| 15 és 150L között | 3 és 15 l / perc között | UIP6000hdT |
| na | 10 - 100 l / perc | UIP16000 |
| na | nagyobb | klaszter UIP16000 |
Lépjen kapcsolatba velünk! / Kérdezz minket!
Hielscher Ultrasonics gyárt nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorok keverésalkalmazások, diszperziós, emulgeálás és extrakciós laboratóriumi, kísérleti és ipari méretű.
Irodalom / Referenciák
- 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.
Tudni érdemes
Miért jók a nanofluidok hűtési és hőátadási alkalmazásokhoz?
A hűtőfolyadékok új osztálya a nanofluidok, amelyek egy alapfolyadékból (pl. vízből) állnak, amely a nanoméretű részecskék hordozófolyadékaként működik. 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 rendkívüli, nagy teljesítményű hűtőfolyadékká.
A hővezető nanorészecskéket tartalmazó, speciálisan gyártott nanofluidok használata lehetővé teszi a hőátadás és a disszipáció jelentős javulását; pl. az 55±12 nm átmérőjű és 12,8 μm átlagos hosszúságú ezüst nanorudak 0,5 térfogatszázalék % -kal növelték a víz hővezető képességét, és 0,5 térfogat% ezüst nanorudak 98% -kal növelték az etilénglikol alapú hűtőfolyadék hővezető képességét. A 0,1%-os timföld nanorészecskék akár 70%-kal is növelhetik a víz kritikus hőáramát; A részecskék durva porózus felületet képeznek a lehűtött tárgyon, ami elősegíti az új buborékok kialakulását, és hidrofil jellegük ezután 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 drámaian 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. Megvizsgáltuk a nanorészecskék terhelési koncentrációjának és a nanorészecskék oldalarányának hatását a víz és az etilénglikol alapú hűtőfolyadékok hővezető képességére és viszkozitására. Az 55 ± 12 nm átmérőjű és átlagosan 12,8 ± 8,5 μm hosszúságú ezüst nanorudak 0,5 térfogat% -os koncentrációban 68% -kal növelték a víz hővezető képességét. Az etilénglikol alapú hűtőfolyadék hővezető képességét 98%-kal növeltük 0,5 térfogatszázalékos ezüst nanorúd terhelési koncentrációval. A hosszabb nanorudak nagyobb hatással voltak a hővezető képességre, mint a rövidebb nanorudak azonos terhelési sűrűség mellett. A hosszabb nanorudak azonban nagyobb mértékben növelték az alapfolyadék viszkozitását is, mint a rövidebb nanorudak.
(Oldenburg et al., 2007)
Hielscher Ultrahang gyárt nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorok Labor nak nek ipari méretben.