熱伝導性ナノ流体に基づくクーラント
超音波合成ナノ流体は、効率的な冷却剤および熱交換器液体である。熱伝導性ナノ材料は、熱伝達と放熱能力を大幅に向上させます。超音波処理は、熱伝導性ナノ粒子の合成および機能化、ならびに冷却用途のための安定した高性能ナノ流体の製造において十分に確立されている。
熱水力性能に対するナノ流体効果
材料の熱伝導率は、熱を伝導する能力の尺度です。冷媒および伝熱流体(熱流体または熱油とも呼ばれる)には、高い熱伝導率が望まれる。多くのナノ材料は、優れた熱伝導特性を提供します。ナノ材料の優れた熱伝導性を利用するために、いわゆるナノ流体が冷却液として使用されます。ナノ流体は、ナノメートルサイズの粒子が水、グリコール、油などのベース流体に浮遊し、コロイド溶液を形成する流体です。ナノ流体は、ナノ粒子またはより大きな粒子のない液体と比較して、熱伝導率を大幅に増加させることができる。分散ナノ粒子の材料、サイズ、粘度、表面電荷、および流体安定性は、ナノ流体の熱性能に大きく影響します。ナノ流体は、従来のベース流体と比較して優れた熱伝達性能を示すため、熱伝達用途で急速に重要性を増しています。
超音波分散は、高性能の熱伝達能力を有するナノ流体を製造するための非常に効率的で信頼性が高く、工業的に確立された技術です。
UP400St、400Wの強力な超音波プロセッサ 熱伝導率に優れたナノ流体の製造に。
- 高い表面:体積比により、エネルギーと物質移動率が大幅に向上します
- 非常に良好なコロイド安定性のための低質量
- 侵食を最小限に抑える低慣性
これらのナノサイズに関連する特徴は、ナノ流体にそれらの並外れた熱伝導率を与える。超音波分散は、官能化されたナノ粒子およびナノ流体を生成するための最も効率的な技術です。
優れた熱伝導性を有する超音波生成ナノ流体
多数のナノ材料 – CNT、シリカ、グラフェン、アルミニウム、銀、窒化ホウ素など – 熱伝達流体の熱伝導性を高めることはすでに証明されています。以下に、超音波下で調製された熱伝導性ナノ流体の例示的な研究結果を見つけることができます。
超音波によるアルミニウムベースのナノ流体生産
Buonomoら(2015)は、超音波下で調製されたAl2O3ナノ流体の改善された熱伝導率を実証した。
Al2O3ナノ粒子を水に均一に分散させるために、研究者らはヒールシャープローブ型超音波装置UP400Sを使用しました。超音波脱凝集および分散アルミニウム粒子は、すべてのナノ流体に対して約120nmの粒子サイズで得られた – 粒子濃度とは無関係です。ナノ流体の熱伝導率は、純水と比較して高温で増加していました。室温25°Cで0.5%のAl2O3粒子濃度では、熱伝導率の増加は約0.57%にすぎませんが、65°Cではこの値は約8%に増加します。体積濃度が4%の場合、温度が25°Cから65°Cに上昇すると、エンハンスメントは7.6%から14.4%になります。
[cf. ブオノモら, 2015]
UP400Sによる超音波処理後の様々な窒化ホウ素濃度を有する水系窒化ホウ素ナノ流体の粒度分布(a)0.1%hBN、(b)0.5%hBN、(c)2%hBN
(研究とグラフ:©イルハンら、2016年)
超音波処理を用いた窒化ホウ素ベースのナノ流体生産
Ilhanら(2016)は、六方晶窒化ホウ素(hBN)ベースのナノ流体の熱伝導率を調査した。この目的のために、平均直径70nmのhBNナノ粒子を含む一連のよく分散した安定したナノ流体は、超音波処理およびドデシル硫酸ナトリウム(SDS)およびポリビニルピロリドン(PVP)などの界面活性剤を含む2段階の方法で製造される。超音波分散hBN - 水ナノ流体は、非常に希薄な粒子濃度に対しても有意な熱伝導率の増加を示す。プローブ型超音波処理器UP400Sによる超音波処理は、凝集体の平均粒径を40〜60nmの範囲に減少させた。研究者らは、未処理の乾燥状態で観察された大きくて高密度の窒化ホウ素凝集体は、超音波処理と界面活性剤添加で破壊されると結論付けています。これにより、超音波分散は、様々な粒子濃度を有する水ベースのナノ流体の調製のための効果的な方法となる。
[cf. イルハンら, 2016]
0.5%の粒子体積濃度を有する超音波分散エチレングリコール(EG)ベースのhBNナノ流体の形態を示すSTEM画像。
(研究とグラフ:©イルハンら、2016年)
“超音波は、ナノ流体の安定性を高めるために文献で最も広く利用されているプロセスです。” [イルハンら、2016]また、工業生産では、超音波処理は、今日、優れた性能の長期安定ナノ流体を得るための最も効果的で信頼性が高く経済的な技術です。
クーラント生産のための産業用超音波装置
科学的に証明され、産業的に確立されています – ナノ流体生産のためのヒールシャー超音波装置
超音波高剪断分散機は、高性能クーラントと熱伝達流体の連続生産のための信頼性の高い機械です。超音波駆動混合は、その効率と信頼性で知られています – 厳しい混合条件が適用される場合でも。
ヒールシャー超音波装置は、非毒性、非危険、いくつかの食品グレードのナノ流体を調製することができます。同時に、すべての当社の超音波処理器は、高効率、信頼性、安全に操作でき、非常に堅牢です。24/7操作のために構築され、私たちのベンチトップと中型の超音波装置でさえ、驚くべきボリュームを生成することができます。
ナノ流体の超音波生産についてもっと読むか、超音波分散機の詳細な相談と無料の提案を得るために今すぐお問い合わせください!
下の表は私達のultrasonicatorsのおおよその処理能力の目安を与えます：
| バッチ容量 | 流量 | 推奨デバイス |
|---|---|---|
| 500mLの1〜 | 200mL /分で10 | UP100H |
| 2000mlの10〜 | 20 400mLの/分 | Uf200ःトン、 UP400St |
| 00.1 20Lへ | 04L /分の0.2 | UIP2000hdT |
| 100Lへ10 | 10L /分で2 | UIP4000hdT |
| 15から150L | 3から15リットル/分 | UIP6000hdT |
| N.A。 | 10 100L /分 | UIP16000 |
| N.A。 | 大きな | のクラスタ UIP16000 |
お問い合わせ！ / 私達に聞いてくれ！
ヒールシャー超音波は、ラボ、パイロット、工業規模でアプリケーション、分散、乳化および抽出を混合するための高性能超音波ホモジナイザーを製造しています。
文献 / 参考文献
- 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.
知る価値のある事実
ナノ流体が冷却および熱伝達アプリケーションに適しているのはなぜですか?
新しいクラスの冷却剤は、ナノサイズの粒子のキャリア液体として機能するベース流体(水など)で構成されるナノ流体です。ベース流体中に分散された目的に設計されたナノ粒子(例えば、ナノサイズのCuO、アルミナ二酸化チタン、カーボンナノチューブ、シリカ、または銅、銀ナノロッドなどの金属)は、得られるナノ流体の熱伝達能力を大幅に高めることができる。これにより、ナノ流体は並外れた高性能冷却液になります。
熱伝導性ナノ粒子を含む特別に製造されたナノ流体を使用すると、熱伝達と放散が大幅に改善されます。例えば、直径55±12nm、平均長さ12.8μmの銀ナノロッドは0.5vol%で水の熱伝導率を68%増加させ、銀ナノロッドの0.5vol%はエチレングリコールベースの冷却剤の熱伝導率を98%増加させた。0.1%のアルミナナノ粒子は、水の臨界熱流束を70%も増加させることができます。粒子は冷却された物体上に粗い多孔質表面を形成し、それが新しい気泡の形成を促進し、それらの親水性はそれらを押しのけ、蒸気層の形成を妨げるのに役立ちます。濃度が5%を超えるナノ流体は、非ニュートン流体のように作用します。(参照:(オルデンバーグら、2007年)
熱制御システムで使用されるクーラントに金属ナノ粒子を添加すると、ベース流体の熱伝導率を劇的に高めることができます。このような金属ナノ粒子-流体複合材料はナノ流体と呼ばれ、冷却剤としての使用は、宇宙船の熱制御システムの重量と電力の要件を減らす可能性があります。ナノ流体の熱伝導率は、構成ナノ粒子の濃度、サイズ、形状、表面化学、および凝集状態に依存します。ナノ粒子負荷濃度とナノ粒子のアスペクト比が水とエチレングリコールベースのクーラントの熱伝導率と粘度に及ぼす影響を調べました。直径55±12nm、平均長さ12.8±8.5μm、濃度0.5体積%の銀ナノロッドは、水の熱伝導率を68%増加させた。エチレングリコールベースのクーラントの熱伝導率は、銀ナノロッド負荷濃度が0.5体積%で98%増加しました。長いナノロッドは、同じ負荷密度で短いナノロッドよりも熱伝導率に大きな影響を与えました。しかしながら、より長いナノロッドはまた、より短いナノロッドよりも基流体の粘度を増大させた。
(オルデンバーグら、2007)
