Dzesēšanas šķidrumi, kuru pamatā ir termovadoši nanofluīdi
Ultrasoniski sintezēti nanofluīdi ir efektīvi dzesēšanas šķidrumi un siltummaiņa šķidrumi. Nanomateriāli ar termovadītspēju ievērojami palielina siltuma pārneses un siltuma izkliedes spēju. Ultraskaņas apstrāde ir labi izveidota termovadošo nanodaļiņu sintēzē un funkcionalizācijā, kā arī stabilu augstas veiktspējas nanofluīdu ražošanā dzesēšanas lietojumiem.
Nanofluidiskā ietekme uz termo-hidraulisko veiktspēju
Materiāla siltumvadītspēja ir tā spējas vadīt siltumu mērs. Dzesēšanas šķidrumiem un siltuma pārneses šķidrumam (ko sauc arī par termisko šķidrumu vai termisko eļļu) ir vēlama augsta siltuma vadītspēja. Daudzi nanomateriāli piedāvā lieliskas termovadošas īpašības. Lai izmantotu nanomateriālu augstāko siltumspēju, kā dzesēšanas šķidrumus izmanto tā sauktos nanofluīdus. Nanofluīds ir šķidrums, kurā nanometra lieluma daļiņas tiek suspendētas bāzes šķidrumā, piemēram, ūdenī, glikolā vai eļļā, kur tās veido koloidālu šķīdumu. Nanofluīdi var ievērojami palielināt siltumvadītspēju, salīdzinot ar šķidrumiem bez nanodaļiņām vai lielākām daļiņām. Disperģēto nanodaļiņu materiāls, izmērs, viskozitāte, virsmas lādiņš un šķidruma stabilitāte būtiski ietekmē nanofluīdu termisko veiktspēju. Nanofluīdi strauji iegūst nozīmi siltuma pārneses lietojumos, jo tie uzrāda izcilu siltuma pārneses veiktspēju, salīdzinot ar parastajiem bāzes šķidrumiem.
Ultraskaņas dispersija ir ļoti efektīva, uzticama un rūpnieciski izveidota tehnika, lai ražotu nanofluīdus ar augstas veiktspējas siltuma pārneses jaudām.
UP400St, 400W jaudīgs ultraskaņas procesors nanofluīdu ražošanai ar izcilu siltuma vadītspēju.
- augsta virsma: tilpuma attiecība ievērojami augstākiem enerģijas un masas pārneses ātrumiem
- zema masa ļoti labai koloidālai stabilitātei
- zema inerce, kas samazina eroziju
Šīs ar nanoizmēru saistītās funkcijas piešķir nanofluīdiem to izcilo siltumvadītspēju. Ultraskaņas dispersija ir visefektīvākā metode, lai ražotu funkcionalizētas nanodaļiņas un nanofluīdus.
Ultrasoniski ražoti nanofluīdi ar izcilu termisko labvēlību
Daudzi nanomateriāli – piemēram, CNT, silīcija dioksīds, grafēns, alumīnijs, sudrabs, bora nitrīds un daudzi citi – jau ir pierādīts, ka tas palielina siltuma pārneses šķidrumu siltumspēju. Zemāk jūs varat atrast priekšzīmīgus pētījumu rezultātus termovadošiem nanofluīdiem, kas sagatavoti saskaņā ar ultrasonikāciju.
Alumiunium bāzes nanofluīdu ražošana ar ultraskaņu
(2015) parādīja uzlabotu Al2O3 nanofluīdu siltumvadītspēju, kas tika sagatavota ultrasonikācijā.
Lai vienmērīgi izkliedētu Al2O3 nanodaļiņas ūdenī, pētnieki izmantoja Hielscher zondes tipa ultrasonicator UP400S. Ultrasoniski deagglomerētas un disperģētas alumīnija daļiņas, kuru daļiņu izmērs ir aptuveni 120 nm visiem nanofluīdiem – neatkarīgi no daļiņu koncentrācijas. Nanofluīdu siltumvadītspēja palielinājās augstākā temperatūrā, salīdzinot ar tīru ūdeni. Ar 0,5% Al2O3 daļiņu koncentrāciju istabas temperatūrā 25°C siltumvadītspējas pieaugums ir tikai aptuveni 0,57%, bet pie 65°C šī vērtība palielinās līdz aptuveni 8%. Tilpuma koncentrācijai 4% uzlabojums ir no 7,6% līdz 14,4%, temperatūrai paaugstinoties no 25°C līdz 65°C.
[sal. ar Buonomo et al., 2015]
Ūdens bāzes bora nitrīda nanofluīdu daļiņu izmēra sadalījums ar dažādu bora nitrīda koncentrāciju pēc ultrasonikācijas ar UP400S (a) 0,1% hBN, b) 0,5% hBN, c) 2% hBN
(Pētījums un grafiki: © Ilhan et al., 2016)
Bora nitrīda bāzes nanofluīdu ražošana, izmantojot ultraskaņu
(2016) pētīja uz sešstūra bora nitrīda (hBN) balstītu nanofluīdu siltumvadītspēju. Šim nolūkam ar divpakāpju metodi, kas ietver ultrasonikāciju un virsmaktīvās vielas, piemēram, nātrija dodecilsulfātu (SDS) un polivinilpirolidonu (PVP), tiek ražota virkne labi izkliedētu, stabilu nanofluīdu, kas satur hBN nanodaļiņas ar vidējo diametru 70 nm. Ultrasoniski izkliedētais hBN–ūdens nanofluīds uzrāda ievērojamu siltuma vadītspējas pieaugumu pat ļoti atšķaidītu daļiņu koncentrācijās. Ultraskaņas apstrāde ar zondes tipa ultrasonicator UP400S samazināja vidējo daļiņu izmēru līdz 40–60 nm diapazonam. Pētnieki secina, ka lieli un blīvi bora nitrīda agregāti, kas novēroti neapstrādātā sausā stāvoklī, tiek sadalīti ar ultrasonikācijas procesu un virsmaktīvo vielu pievienošanu. Tas padara ultraskaņas dispersiju par efektīvu metodi ūdens bāzes nanofluīdu sagatavošanai ar dažādām daļiņu koncentrācijām.
[sal. ar Ilhan et al., 2016]
STEM attēls, kurā parādīta ultrasoniski izkliedēta etilēnglikola (EG)- bāzes hBN nanofluīda morfoloģija ar 0,5% daļiņu tilpuma koncentrāciju.
(Pētījums un grafiki: © Ilhan et al., 2016)
“Ultrasonication ir visplašāk izmantotais process literatūrā, lai palielinātu nanofluīdu stabilitāti.” [Ilhans un citi, 2016] Un arī rūpnieciskajā ražošanā ultraskaņas apstrāde mūsdienās ir visefektīvākā, uzticamākā un ekonomiskākā tehnika, lai iegūtu ilgtermiņa stabilus nanofluīdus ar izcilu veiktspēju.
Rūpnieciskie ultrasonikatori dzesēšanas šķidruma ražošanai
Zinātniski pierādīts, rūpnieciski izveidots – Hielscher Ultrasonicators nanofluīdu ražošanai
Ultraskaņas augstas bīdes izkliedētāji ir uzticamas mašīnas nepārtrauktai augstas veiktspējas dzesēšanas šķidrumu un siltuma pārneses šķidrumu ražošanai. Ultrasoniski vadīta sajaukšana ir pazīstama ar savu efektivitāti un uzticamību – pat tad, ja tiek piemēroti maisīšanas nosacījumi.
Hielscher Ultrasonics aprīkojums ļauj sagatavot netoksiskus, nekaitīgus, dažus pat pārtikas kvalitātes nanofluīdus. Tajā pašā laikā visi mūsu ultrasonikatori ir ļoti efektīvi, uzticami, droši lietojami un ļoti izturīgi. Būvēts 24/7 darbībai, pat mūsu stenda un vidēja izmēra ultrasonikatori spēj ražot ievērojamus apjomus.
Lasiet vairāk par nanofluīdu ultraskaņas ražošanu vai sazinieties ar mums tieši tagad, lai iegūtu padziļinātu konsultāciju un bezmaksas priekšlikumu ultraskaņas izkliedētājam!
Zemāk redzamā tabula sniedz norādes par mūsu ultraskaņas aparātu aptuveno apstrādes jaudu:
| partijas apjoms | Plūsmas ātrums | Ieteicamie ierīces |
|---|---|---|
| 1 līdz 500mL | 10 līdz 200 ml / min | UP100H |
| 10 līdz 2000mL | 20 līdz 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 līdz 20L | 0.2 līdz 4 l / min | UIP2000hdT |
| 10 līdz 100 l | 2 līdz 10 l / min | UIP4000hdT |
| 15 līdz 150L | 3 līdz 15L/min | UIP6000hdT |
| nav | | 10 līdz 100 l / min | UIP16000 |
| nav | | lielāks | klasteris UIP16000 |
Sazinies ar mums! / Uzdot mums!
Hielscher Ultrasonics ražo augstas veiktspējas ultraskaņas homogenizatorus lietojumprogrammu sajaukšanai, dispersijai, emuulģēšanai un ekstrakcijai laboratorijā, pilotā un rūpnieciskajā mērogā.
Literatūra/atsauces
- 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.
Fakti ir vērts zināt
Kāpēc nanofluīdi ir piemēroti dzesēšanas un siltuma pārneses lietojumiem?
Jauna dzesēšanas šķidrumu klase ir nanofluīdi, kas sastāv no bāzes šķidruma (piemēram, ūdens), kas darbojas kā nano izmēra daļiņu nesējšķidrums. Īpaši izstrādātas nanodaļiņas (piemēram, nanoizmēra CuO, alumīnija oksīda titāna dioksīds, oglekļa nanocaurulītes, silīcija dioksīds vai metāli, piemēram, varš, sudraba nanorodi), kas izkliedētas bāzes šķidrumā, var ievērojami uzlabot iegūtā nanofluīda siltuma pārneses jaudu. Tas padara nanofluīdus par neparastiem augstas veiktspējas dzesēšanas šķidrumiem.
Izmantojot īpaši ražotus nanofluīdus, kas satur termovadošas nanodaļiņas, var ievērojami uzlabot siltuma pārnesi un izkliedi; Piemēram, sudraba nanorodi ar 55±12 nm diametru un vidējo garumu 12,8 μm pie 0,5 tilp. palielināja ūdens siltumvadītspēju par 68%, un 0,5 vol.% sudraba nanorodu palielināja dzesēšanas šķidruma uz etilēnglikola bāzes siltumvadītspēju par 98%. Alumīnija oksīda nanodaļiņas pie 0,1% var palielināt ūdens kritisko siltuma plūsmu pat par 70%; daļiņas uz atdzesētā objekta veido raupju porainu virsmu, kas veicina jaunu burbuļu veidošanos, un to hidrofilā daba pēc tam palīdz tos atgrūst, kavējot tvaika slāņa veidošanos. Nanofluīds, kura koncentrācija pārsniedz 5%, darbojas kā ne-Ņūtona šķidrumi. (sal. (Oldenburga u.c., 2007)
Metāla nanodaļiņu pievienošana dzesēšanas šķidrumiem, ko izmanto termiskās kontroles sistēmās, var ievērojami palielināt bāzes šķidruma siltumvadītspēju. Šādus metāla nanodaļiņu šķidruma kompozītmateriālus sauc par nanofluīdiem, un to izmantošana kā dzesēšanas šķidrumi var samazināt kosmosa kuģu termiskās kontroles sistēmu svara un jaudas prasības. Nanofluīdu siltumvadītspēja ir atkarīga no sastāvdaļu nanodaļiņu koncentrācijas, lieluma, formas, virsmas ķīmijas un agregācijas stāvokļa. Tika pētīta nanodaļiņu slodzes koncentrācijas un nanodaļiņu malu attiecības ietekme uz ūdens un etilēnglikola bāzes dzesēšanas šķidrumu siltumvadītspēju un viskozitāti. Sudraba nanorodi ar diametru 55 ± 12 nm un vidējo garumu 12,8 ± 8,5 μm koncentrācijā 0,5% pēc tilpuma palielināja ūdens siltumvadītspēju par 68%. Dzesēšanas šķidruma, kura pamatā ir etilēnglikols, siltumvadītspēja tika palielināta par 98% ar sudraba nanorodu slodzes koncentrāciju 0,5% pēc tilpuma. Garākiem nanorodiem bija lielāka ietekme uz siltumvadītspēju nekā īsākiem nanorodiem ar tādu pašu slodzes blīvumu. Tomēr garāki nanorodi arī palielināja bāzes šķidruma viskozitāti lielākā mērā nekā īsāki nanorodi.
(Oldenburga u.c., 2007)
Hielscher Ultrasonics ražo augstas veiktspējas ultraskaņas homogenizatorus no Laboratorija lai rūpnieciskais izmērs.