Pendingin Berdasarkan Nanofluid Termokonduktif
Nanofluid yang disintesis secara ultrasonik adalah pendingin yang efisien dan cairan penukar panas. Nanomaterial termokonduktif meningkatkan perpindahan panas dan kapasitas pembuangan panas secara signifikan. Sonikasi mapan dalam sintesis dan fungsionalisasi nanopartikel termokonduktif serta produksi nanofluid berkinerja tinggi yang stabil untuk aplikasi pendinginan.
Efek Nanofluidik pada Kinerja Termo-Hidrolik
Konduktivitas termal suatu bahan adalah ukuran kemampuannya untuk menghantarkan panas. Untuk pendingin dan cairan perpindahan panas (juga disebut cairan termal atau minyak termal), konduktivitas termal yang tinggi diinginkan. Banyak nanomaterial menawarkan sifat termo-konduktif yang hebat. Untuk menggunakan kondusif termal nanomaterial yang unggul, yang disebut nanofluid digunakan sebagai cairan pendingin. Nanofluid adalah cairan, di mana partikel berukuran nanometer tersuspensi dalam cairan dasar seperti air, glikol atau minyak, di mana mereka membentuk larutan koloid. Nanofluid dapat secara signifikan meningkatkan konduktivitas termal dibandingkan dengan cairan tanpa nanopartikel atau partikel yang lebih besar. Bahan, ukuran, viskositas, muatan permukaan, dan stabilitas fluida nanopartikel terdispersi mempengaruhi kinerja termal nanofluid secara signifikan. Nanofluid dengan cepat menjadi penting dalam aplikasi perpindahan panas karena mereka menunjukkan kinerja perpindahan panas yang unggul jika dibandingkan dengan cairan dasar konvensional.
Dispersi ultrasonik adalah teknik yang sangat efisien, andal, dan mapan secara industri untuk menghasilkan nanofluid dengan kapasitas perpindahan panas berkinerja tinggi.
UP400St, prosesor ultrasonik kuat 400W untuk produksi nanofluid dengan konduktivitas termal yang unggul.
- Permukaan Tinggi: Rasio volume untuk energi dan kecepatan transfer massa yang jauh lebih tinggi
- massa rendah untuk stabilitas koloid yang sangat baik
- inersia rendah, yang meminimalkan erosi
Fitur terkait ukuran nano ini memberi nanofluid konduktivitas termal yang luar biasa. Dispersi ultrasonik adalah teknik yang paling efisien untuk menghasilkan nanopartikel dan nanofluid yang difungsikan.
Ultrasonically diproduksi Nanofluids dengan kondusif termal superior
Banyak nanomaterial – seperti CNT, silika, graphene, aluminium, perak, boron nitrida, dan banyak lainnya – telah terbukti meningkatkan kondusif termal cairan perpindahan panas. Di bawah ini, Anda dapat menemukan hasil penelitian teladan untuk nanofluid termo-konduktif yang disiapkan di bawah ultrasonikasi.
Produksi Nanofluid berbasis Alumiunium dengan Ultrasound
Buonomo et al. (2015) menunjukkan peningkatan konduktivitas termal nanofluid Al2O3, yang disiapkan di bawah ultrasonikasi.
Untuk membubarkan nanopartikel Al2O3 secara seragam ke dalam air, para peneliti menggunakan ultrasonikator tipe probe Hielscher UP400S. Ultrasonically deagglomerated dan partikel aluminium terdispersi dihasilkan dalam ukuran partikel sekitar 120 nm untuk semua nanofluid – terlepas dari konsentrasi partikel. Konduktivitas termal nanofluid meningkat pada suhu yang lebih tinggi jika dibandingkan dengan air murni. Dengan konsentrasi partikel Al2O3 0,5% pada suhu kamar 25 °C peningkatan konduktivitas termal hanya sekitar 0,57%, tetapi pada 65 °C nilai ini meningkat menjadi sekitar 8%. Untuk konsentrasi volume 4% peningkatannya berubah dari 7,6% menjadi 14,4% dengan suhu naik dari 25°C menjadi 65°C.
[lihat Buonomo et al., 2015]
Distribusi ukuran partikel nanofluid boron nitrida berbasis air dengan berbagai konsentrasi boron nitrida setelah ultrasonikasi dengan UP400S (a) 0,1% hBN, (b) 0,5% hBN, (c) 2% hBN
(Studi dan grafik: © Ilhan et al., 2016)
Produksi Nanofluid Berbasis Boron Nitrida menggunakan Sonikasi
Ilhan et al. (2016) menyelidiki konduktivitas termal nanofluid berbasis hexagonal boron nitride (hBN). Untuk tujuan ini serangkaian nanofluid yang tersebar dengan baik dan stabil, mengandung nanopartikel hBN dengan diameter rata-rata 70 nm, diproduksi dengan metode dua langkah yang melibatkan ultrasonikasi dan surfaktan seperti natrium dodecyl sulfate (SDS) dan polyvinyl pyrrolidone (PVP). Nanofluid hBN-air yang tersebar secara ultrasonik menunjukkan peningkatan konduktivitas termal yang signifikan bahkan untuk konsentrasi partikel yang sangat encer. Sonikasi dengan ultrasonikator tipe probe UP400S mengurangi ukuran partikel rata-rata agregat hingga kisaran 40-60 nm. Para peneliti menyimpulkan bahwa agregat boron nitrida yang besar dan padat, yang diamati dalam keadaan kering yang tidak diobati, rusak dengan proses ultrasonikasi dan penambahan surfaktan. Hal ini membuat dispersi ultrasonik metode yang efektif untuk persiapan nanofluid berbasis air dengan berbagai konsentrasi partikel.
[lihat Ilhan dkk., 2016]
Gambar STEM menunjukkan morfologi nanofluid hBN berbasis etilen glikol (EG) yang tersebar secara ultrasonik dengan konsentrasi volume partikel 0,5%.
(Studi dan grafik: © Ilhan et al., 2016)
“Ultrasonication adalah proses yang paling banyak digunakan dalam literatur untuk meningkatkan stabilitas nanofluid.” [Ilhan dkk., 2016] Dan juga dalam produksi industri, sonikasi saat ini merupakan teknik yang paling efektif, andal, dan ekonomis untuk mendapatkan nanofluid stabil jangka panjang dengan kinerja luar biasa.
Ultrasonicators Industri untuk Produksi Pendingin
Terbukti Secara Ilmiah, Mapan Secara Industri – Hielscher Ultrasonicators untuk Produksi Nanofluid
Disperser geser tinggi ultrasonik adalah mesin yang andal untuk produksi berkelanjutan pendingin berkinerja tinggi dan cairan transfer panas. Pencampuran ultrasonically didorong dikenal karena efisiensi dan keandalannya – bahkan ketika kondisi pencampuran yang menuntut berlaku.
Peralatan Hielscher Ultrasonics memungkinkan untuk menyiapkan nanofluid non-beracun, tidak berbahaya, beberapa bahkan food-grade. Pada saat yang sama, semua ultrasonicators kami sangat efisien, andal, aman dioperasikan, dan sangat kuat. Dibangun untuk operasi 24/7, bahkan ultrasonicators bench-top dan mid-size kami mampu menghasilkan volume yang luar biasa.
Baca lebih lanjut tentang produksi ultrasonik nanofluid atau hubungi kami sekarang untuk mendapatkan konsultasi mendalam dan proposal gratis untuk disperser ultrasonik!
Tabel di bawah ini memberi Anda indikasi perkiraan kapasitas pemrosesan ultrasonikator kami:
| Batch Volume | Flow Rate | Direkomendasikan perangkat |
|---|---|---|
| 1 hingga 500mL | 10-200mL/min | UP100H |
| 10-2000mL | 20 hingga 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 hingga 20L | 0.2 sampai 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 sampai 100L | 2-10L/min | UIP4000hdT |
| 15 hingga 150L | 3 hingga 15L / menit | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 sampai 100L/menit | UIP16000 |
| n.a. | kristal yang lebbig | cluster UIP16000 |
Hubungi Kami! / Tanya Kami!
Hielscher Ultrasonics memproduksi homogenizers ultrasonik kinerja tinggi untuk aplikasi pencampuran, dispersi, emulsifikasi dan ekstraksi pada laboratorium, pilot dan skala industri.
Literatur/referensi
- 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.
Fakta-fakta yang Patut Diketahui
Mengapa Nanofluid Baik untuk Aplikasi Pendinginan dan Perpindahan Panas?
Kelas pendingin baru adalah nanofluid yang terdiri dari cairan dasar (misalnya, air), yang bertindak sebagai cairan pembawa untuk partikel berukuran nano. Nanopartikel yang dirancang khusus (misalnya CuO berukuran nano, alumina titanium dioksida, nanotube karbon, silika, atau logam seperti tembaga, nanorod perak) yang tersebar ke dalam cairan dasar dapat meningkatkan kapasitas perpindahan panas nanofluid yang dihasilkan secara signifikan. Ini membuat nanofluid luar biasa cairan pendingin berkinerja tinggi.
Menggunakan nanofluid yang diproduksi khusus yang mengandung nanopartikel termo-konduktif memungkinkan peningkatan yang signifikan dalam perpindahan panas dan disipasi; Misalnya nanorod perak berdiameter 55±12 nm dan panjang rata-rata 12,8 μm pada 0,5 vol.% meningkatkan konduktivitas termal air sebesar 68%, dan 0,5 vol.% nanorod perak meningkatkan konduktivitas termal pendingin berbasis etilen glikol sebesar 98%. Nanopartikel alumina pada 0,1% dapat meningkatkan fluks panas kritis air sebanyak 70%; Partikel-partikel membentuk permukaan berpori kasar pada benda yang didinginkan, yang mendorong pembentukan gelembung baru, dan sifat hidrofiliknya kemudian membantu mendorongnya menjauh, menghambat pembentukan lapisan uap. Nanofluid dengan konsentrasi lebih dari 5% bertindak seperti cairan non-Newtonian. (bdk. (Oldenburg et al., 2007)
Penambahan nanopartikel logam ke pendingin yang digunakan dalam sistem kontrol termal dapat secara dramatis meningkatkan konduktivitas termal cairan dasar. Bahan komposit nanopartikel-fluida logam tersebut disebut sebagai nanofluid dan penggunaannya sebagai pendingin berpotensi mengurangi kebutuhan berat dan daya sistem kontrol termal pesawat ruang angkasa. Konduktivitas termal nanofluid tergantung pada konsentrasi, ukuran, bentuk, kimia permukaan, dan keadaan agregasi nanopartikel penyusunnya. Efek konsentrasi pemuatan nanopartikel dan rasio aspek nanopartikel pada konduktivitas termal dan viskositas pendingin berbasis air dan etilen glikol diselidiki. Nanorod perak dengan diameter 55 ± 12 nm dan panjang rata-rata 12,8 ± 8,5 μm pada konsentrasi 0,5% volume meningkatkan konduktivitas termal air sebesar 68%. Konduktivitas termal pendingin berbasis etilen glikol meningkat sebesar 98% dengan konsentrasi pemuatan nanorod perak 0, 5% volume. Nanorod yang lebih panjang memiliki efek yang lebih besar pada konduktivitas termal daripada nanorod yang lebih pendek pada kepadatan pemuatan yang sama. Namun, nanorod yang lebih panjang juga meningkatkan viskositas cairan dasar ke tingkat yang lebih besar daripada nanorod yang lebih pendek.
(Oldenburg dkk., 2007)
Hielscher Ultrasonics memproduksi homogenizers ultrasonik kinerja tinggi dari laboratorium hingga ukuran industri.