Killmëttel op Basis vu wäermtleedenden Nanofluiden

Mat Ultraschall synthetiséiert Nanofluide sinn effizient Killmëttel a Flëssegkeete fir Wäermtaustauscher. Wäermtleedend Nanomaterialien erhéijen d’Kapazitéit fir d’Wäermtiwwerdroung an d’Wäermtofleedung wesentlech. D’Ultraschallbehandlung ass bei der Synthes an der Funktionaliséierung vu wäermtleedenden Nanopartikelen esou wéi bei der Produktioun vu stabillen, héichleeschtungsfäegen Nanofluide fir Killuwendunge gutt etabléiert.

Nanofluidesch Effekter op déi thermohydraulesch Leeschtung

D’Wäermtleedfäegkeet vun engem Material ass e Mooss fir seng Fäegkeet, Wäermt ze leeden. Fir Killmëttel a Wäermtiwwerdroungsflëssegkeeten (och Thermoflëssegkeeten oder Thermoueleger genannt) ass eng héich Wäermtleedfäegkeet erwënscht. Vill Nanomaterialien hunn exzellent wäermtleedend Eegenschaften. Fir déi iwwerleeë Wäermtleedfäegkeet vun Nanomaterialien ze notzen, gi sougenannt Nanofluiden als Killflëssegkeeten agesat. En Nanofluid ass eng Flëssegkeet, an där Partikele mat enger Gréisst am Nanometerberäich an enger Basisflëssegkeet wéi Waasser, Glykol oder Ueleg suspendéiert sinn, wou se eng kolloidal Léisung bilden. Nanofluide kënnen am Verglach mat Flëssegkeeten ouni Nanopartikelen oder méi grouss Partikelen eng wesentlech méi héich Wäermtleedfäegkeet hunn. D’Material, d’Gréisst, d’Viskositéit, d’Uewerflächeladung an d’Stabilitéit an der Flëssegkeet vun den dispergéierten Nanopartikelen beaflossen d’thermesch Leeschtung vun Nanofluiden wesentlech. Nanofluide gewanne séier u Bedeitung bei Uwendunge fir d’Wäermtiwwerdroung, well se am Verglach mat konventionelle Basisflëssegkeeten eng iwwerleeë Leeschtung bei der Wäermtiwwerdroung weisen.
D’Ultraschalldispersioun ass eng héich effizient, zouverlässeg an industriell etabléiert Technik fir Nanofluide mat héichleeschtungsfäege Wäermtiwwerdroungskapazitéiten ze produzéieren.

Mat Ultraschall synthetiséiert Nanoflëssegkeete sinn effizient Killmëttel a Flëssegkeete fir Wärmetauscher. Wärmeleedend Nanomaterialien erhéijen d'Kapazitéit fir de Wärmetransfert an d'Wärmeofleedung däitlech. D'Ultraschallbehandlung ass bei der Synthes an der Funktionaliséierung vu wärmeleedenden Nanopartikelen an och bei der Produktioun vu stabillen, héich performante Nanoflëssegkeete fir Killuwendunge gutt etabléiert.

D’Ultraschallbehandlung erméiglecht et, d’Virdeeler vu Partikelen an Nanogréisst ze notzen, wéi

en héicht Verhältnes vun Uewerfläch : Volumen fir wesentlech méi héich Energie- a Stoffiwwerdroungsraten
eng geréng Mass fir eng ganz gutt kolloidal Stabilitéit
eng geréng Traagheet, déi d’Erosioun miniméiert

Dës Eegenschaften, déi mat der Nanogréisst zesummenhänken, ginn den Nanofluiden hir aussergewéinlech Wäermtleedfäegkeet. D’Ultraschalldispersioun ass déi effizientst Technik fir funktionaliséiert Nanopartikelen an Nanofluiden ze produzéieren.

Mat Ultraschall produzéiert Nanofluide mat iwwerleeëner Wäermtleedfäegkeet

Et ass scho fir vill Nanomaterialien – wéi CNTen, Siliziumdioxid, Graphen, Aluminium, Sëlwer, Bornitrid a vill anerer – nogewise ginn, datt se d’Wäermtleedfäegkeet vu Wäermtiwwerdroungsflëssegkeeten erhéijen. Hei ënnendrënner fannt Dir exemplaresch Fuerschungsresultater fir wäermtleedend Nanofluiden, déi mat Ultraschall hiergestallt goufen.

Produktioun vun Nanofluiden op Aluminiumbasis mat Ultraschall

Buonomo et al. (2015) hunn déi verbessert Wäermtleedfäegkeet vun Al2O3-Nanofluiden nogewisen, déi mat Ultraschall hiergestallt goufen.
Fir Al2O3-Nanopartikelen gläichméisseg am Waasser ze dispergéieren, hunn d’Fuerscher den Hielscher Ultraschallapparat UP400S mat Sond benotzt. D’Aluminiumpartikelen, déi mat Ultraschall deagglomeréiert an dispergéiert goufen, haten an allen Nanofluiden eng Partikelgréisst vun ongeféier 120 nm – onofhängeg vun der Partikelkonzentratioun. Bei méi héijen Temperaturen ass d’Wäermtleedfäegkeet vun den Nanofluiden am Verglach mat rengem Waasser geklommen. Bei enger Al2O3-Partikelkonzentratioun vun 0,5% an enger Raumtemperatur vu 25°C ass d’Erhéijung vun der Wäermtleedfäegkeet nëmmen ongeféier 0,57%, mee bei 65°C klëmmt dëse Wäert op ongeféier 8%. Bei enger Volumekonzentratioun vu 4% geet d’Verbesserung vu 7,6% op 14,4%, wann d’Temperatur vu 25°C op 65°C klëmmt.
[vgl. Buonomo et al., 2015]

Ultraschalldispersioun ass eng héicheffizient Method fir d'Hierstellung vu waasserbaséierte Bornitridnanoflëssegkeete mat iwwerleeëner Wärmeleefäegkeet.

Partikelgréissteverdeelung vun Nanofluiden op Waasserbasis mat verschiddene Bornitridkonzentratiounen no der Ultraschallbehandlung mam UP400S (a) 0,1% hBN, (b) 0,5% hBN, (c) 2% hBN
(Etüd a Grafiken: © Ilhan et al., 2016)

Produktioun vun Nanofluiden op Bornitridbasis mat Ultraschallbehandlung

Ilhan et al. (2016) hunn d’Wärmeleetfäegkeet vun Nanoflëssegkeeten op Basis vun hexagonalem Bornitrid (hBN) ënnersicht. Fir dësen Zweck gëtt eng Rei vu gutt dispergéierten, stabillen Nanoflëssegkeeten, déi hBN-Nanopartikele mat engem mëttleren Duerchmiesser vu 70 nm enthalen, mat enger zweestufeger Method hiergestallt, bei där Ultraschallbehandlung an Tenside wéi Natriumdodecylsulfat (SDS) a Polyvinylpyrrolidon (PVP) agesat ginn. Déi mat Ultraschall dispergéiert hBN–Waasser-Nanoflëssegkeet weist eng däitlech Erhéijung vun der Wärmeleetfäegkeet, och bei ganz niddrege Partikelkonzentratiounen. D’Behandlung mam Ultraschallgerät UP400S mat Sond huet déi duerchschnëttlech Partikelgréisst vun den Aggregaten op de Beräich vu 40–60 nm reduzéiert. D’Fuerscher schléissen doraus, datt grouss an dicht Bornitridaggregater, déi am onbehandelten dréchenen Zoustand observéiert goufen, duerch d’Ultraschallbehandlung an d’Zousaz vun Tensiden opgebrach ginn. Doduerch ass d’Ultraschalldispersioun eng effektiv Method fir d’Hierstellung vu waasserbaséierten Nanoflëssegkeete mat verschiddene Partikelkonzentratiounen.
[vgl. Ilhan et al., 2016]

D'Bild vum Rastertransmissiounselektronemikroskop (STEM) weist Bornitrid, dat duerch Ultraschall an Ethylenglykol dispergéiert gouf. Fir d'Ultraschalldispersioun gouf den UP400S benotzt. Déi entstane Nanoflëssegkeet huet eng héich Wärmeleefäegkeet.

STEM-Bild, dat d’Morphologie vun enger mat Ultraschall dispergéierter hBN-Nanoflëssegkeet op Basis vun Ethylenglykol (EG) mat enger Partikelvolumekonzentratioun vun 0,5% weist.
(Etüd a Grafiken: © Ilhan et al., 2016)

“D’Ultraschallbehandlung ass dat Verfaren, dat an der Literatur am heefegste benotzt gëtt, fir d’Stabilitéit vun Nanoflëssegkeeten ze erhéijen.” [Ilhan et al., 2016] An och an der industrieller Produktioun ass d’Ultraschallbehandlung haut déi effektiivst, zouverlässegst a wirtschaftlechst Technik, fir laangfristeg stabil Nanoflëssegkeete mat aussergewéinlecher Leeschtung ze kréien.

Industriell Ultraschallgeräter fir d’Produktioun vu Killmëttelen

Wëssenschaftlech nogewisen, industriell etabléiert – Hielscher Ultraschallgeräter fir d’Produktioun vun Nanoflëssegkeeten
Ultraschalldispergéierer mat héije Schéierkräfte sinn zouverlässeg Maschinne fir déi kontinuéierlech Produktioun vu leeschtungsstaarke Killmëttelen a Wärmeträgerflëssegkeeten. Duerch Ultraschall ugedriwwent Mëschen ass fir seng Effizienz an Zouverlässegkeet bekannt – och ënner usprochsvolle Mëschbedingungen.
Mat den Apparater vun Hielscher Ultrasonics kënnen net gëfteg, net geféierlech Nanoflëssegkeeten hiergestallt ginn, dorënner och e puer a Liewensmëttelqualitéit. Gläichzäiteg sinn all eis Ultraschallgeräter héich effizient, zouverlässeg, sécher ze bedreiwen a ganz robust. Si si fir de 24/7-Betrib gebaut, a souguer eis Dëschgeräter a mëttelgrouss Ultraschallgeräter kënne bemierkenswäert Quantitéite produzéieren.
Liest méi iwwer d’Produktioun vun Nanoflëssegkeete mat Ultraschall oder kontaktéiert eis elo direkt, fir eng detailléiert Berodung an eng gratis Offer fir en Ultraschalldispergéierer ze kréien!

Déi folgend Tabell gëtt Iech en Unhaltspunkt fir déi ongeféier Veraarbechtungskapazitéit vun eisen Ultraschallgeräter:

Chargevolumen	Duerchflossrate	Recommandéiert Geräter
1 bis 500mL	10 bis 200mL/min	UP100H
10 bis 2000mL	20 bis 400mL/min	UP200Ht, UP400St
0,1 bis 20L	0,2 bis 4L/min	UIP2000hdT
10 bis 100L	2 bis 10L/min	UIP4000hdT
15 bis 150L	3 bis 15L/min	UIP6000hdT
n.a.	10 bis 100L/min	UIP16000
n.a.	méi héich	Grupp vu UIP16000

Kontaktéiert eis! / Frot eis!

An dësem Video weise mir Iech en Ultraschallsystem mat 2 Kilowatt fir den Inline-Betrib an engem mat Gas spülbare Schaf. Hielscher liwwert Ultraschallapparater fir bal all Industrien, wéi d'cheemesch, d'pharmazeutesch an d'Kosmetikindustrie, fir petrocheemesch Prozesser souwéi fir Extraktiounsprozesser mat Léisungsmëttel. Dëse mat Gas spülbare Schaf aus Edelstol ass fir de Betrib an explosiounsgeféierte Beräicher entworf. Zu dësem Zweck kann de Client den ofgedichte Schaf mat Stéckstoff oder frëscher Loft spülen, fir ze verhënneren, datt entzündlech Gasen oder Dämp an de Schaf erakommen.

Literatur / Referenzen

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.

Wëssenswäertes

Firwat si Nanoflëssegkeete gutt fir Kill- a Wärmetransferuwendungen?

Nanoflëssegkeete sinn eng nei Klass vu Killmëttelen. Si bestinn aus enger Basisflëssegkeet (z. B. Waasser), déi als Dréierflëssegkeet fir Partikelen an Nanogréisst déngt. Speziell entwéckelt Nanopartikelen (z. B. CuO an Nanogréisst, Aluminiumoxid Titandioxid, Kuelestoffnanoréiercher, Siliziumdioxid oder Metaller wéi Koffer, Sëlwernanostäbercher), déi an der Basisflëssegkeet dispergéiert sinn, kënnen d’Wärmeiwwerdroungskapazitéit vun der entstoender Nanoflëssegkeet däitlech erhéijen. Doduerch sinn Nanoflëssegkeeten aussergewéinlech leeschtungsstaark Killflëssegkeeten.
D’Benotzung vu speziell hiergestallten Nanoflëssegkeeten, déi wärmeleefäeg Nanopartikelen enthalen, erméiglecht däitlech Verbesserunge vun der Wärmeiwwerdroung an der Wärmeofleedung; z. B. hunn Sëlwernanostäbercher mat engem Duerchmiesser vu 55±12 nm an enger duerchschnëttlecher Längt vun 12,8 µm bei 0,5 vol.% d’Wärmeleefäegkeet vu Waasser ëm 68% erhéicht, an 0,5 vol.% Sëlwernanostäbercher hunn d’Wärmeleefäegkeet vun engem Killmëttel op Ethylenglykolbasis ëm 98% erhéicht. Aluminiumoxidnanopartikele bei 0,1% kënnen de kritesche Wärmefloss vu Waasser ëm bis zu 70% erhéijen; d’Partikele bilden eng rau, poréis Uewerfläch um gekillten Objet, déi d’Bildung vun neie Blosen ënnerstëtzt, an hir hydrophil Eegenschaft hëlleft dann, dës ewechzedrécken, wouduerch d’Bildung vun der Dampschicht behënnert gëtt. Eng Nanoflëssegkeet mat enger Konzentratioun vu méi wéi 5% verhält sech wéi net-newtonesch Flëssegkeeten. (vgl. (Oldenburg et al., 2007)

D’Zousaz vu Metallnanopartikelen zu Killmëttelen, déi an Temperaturreegelungssystemer agesat ginn, kann d’Wärmeleefäegkeet vun der Basisflëssegkeet drastesch erhéijen. Esou Kompositmaterialien aus Metallnanopartikelen a Flëssegkeet ginn als Nanoflëssegkeete bezeechent, an hir Benotzung als Killmëttel huet d’Potenzial, d’Gewiicht an de Leeschtungsbedarf vun Temperaturreegelungssystemer vu Raumgefierer ze reduzéieren. D’Wärmeleefäegkeet vun Nanoflëssegkeeten hänkt vun der Konzentratioun, der Gréisst, der Form, der Uewerflächechimie an dem Aggregatiounszoustand vun den enthalenen Nanopartikelen of. D’Auswierkunge vun der Belaaschtungskonzentratioun mat Nanopartikelen a vum Säiteverhältnis vun den Nanopartikelen op d’Wärmeleefäegkeet an d’Viskositéit vu Killmëttelen op Waasser- an Ethylenglykolbasis goufen ënnersicht. Sëlwernanostäbercher mat engem Duerchmiesser vu 55 ± 12 nm an enger duerchschnëttlecher Längt vun 12,8 ± 8,5 μm hunn bei enger Volumekonzentratioun vun 0,5% d’Wärmeleefäegkeet vu Waasser ëm 68% erhéicht. D’Wärmeleefäegkeet vun engem Killmëttel op Ethylenglykolbasis gouf bei enger Belaaschtungskonzentratioun mat Sëlwernanostäbercher vun 0,5% vum Volume ëm 98% erhéicht. Méi laang Nanostäbercher haten bei der selwechter Belaaschtungsdicht e méi groussen Afloss op d’Wärmeleefäegkeet wéi méi kuerz Nanostäbercher. Allerdéngs hunn déi méi laang Nanostäbercher och d’Viskositéit vun der Basisflëssegkeet méi staark erhéicht wéi déi méi kuerz Nanostäbercher.
(Oldenburg et al., 2007)