Dzesēšanas šķidrumi, kuru pamatā ir termovadoši nanofluīdi
Ultrasoniski sintezēti nanofluīdi ir efektīvi dzesēšanas šķidrumi un siltummaiņa šķidrumi. Termovadoši nanomateriāli 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.
Nanofluidiska ietekme uz termohidraulisko veiktspēju
Materiāla siltumvadītspēja ir tā spēja vadīt siltumu. Dzesēšanas šķidrumiem un siltuma pārneses šķidrumam (ko sauc arī par termisko šķidrumu vai termisko eļļu) ir vēlama augsta siltuma vadītspēja. Daudziem nanomateriāliem piemīt lieliskas termovadošas īpašības. Lai izmantotu nanomateriālu augstāko siltumspēju, kā dzesēšanas šķidrumus izmanto tā sauktos nanofluīdus. Nanofluīdi ir šķidrums, kurā nanometra izmēra 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 jaudu.
- augsta virsma : tilpuma attiecība ievērojami augstākam enerģijas un masas pārneses ātrumam
- maza masa ļoti labai koloidālajai stabilitātei
- zema inerce, kas samazina eroziju
Šīs ar nanoizmēru saistītās funkcijas piešķir nanofluīdiem izcilu siltuma vadītspēju. Ultraskaņas dispersija ir visefektīvākā metode, lai ražotu funkcionālas 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 termisko labvēlību. Zemāk jūs varat atrast priekšzīmīgus pētījumu rezultātus termo-vadošiem nanofluīdiem, kas sagatavoti ultrasonication.
Alumiunium balstīta nanofluīdu ražošana ar ultraskaņu
(2015) demonstrēja Al2O3 nanofluīdu uzlaboto siltumvadītspēju, kas tika sagatavota ultrasonikācijā.
Lai vienmērīgi izkliedētu Al2O3 nanodaļiņas ūdenī, pētnieki izmantoja Hielscher zondes tipa ultrasonicator UP400S. Ultrasoniski deaglomerētas un disperģētas alumīnija daļiņas, kuru daļiņu izmērs visiem nanofluīdiem ir aptuveni 120 nm – neatkarīgi no daļiņu koncentrācijas. Nanofluīdu siltumvadītspēja palielinājās augstākās temperatūrās, 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%. Ja tilpuma koncentrācija ir 4%, uzlabojums ir no 7,6% līdz 14,4%, temperatūrai paaugstinoties no 25°C līdz 65°C.
[sal.: Buonomo et al., 2015]

Ūdens bāzes bora nitrīda nanofluīdu daļiņu izmēra sadalījums ar dažādām bora nitrīdu koncentrācijām 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 sešstūra bora nitrīda (hBN) bāzes nanofluīdu siltumvadītspēju. Šim nolūkam virkne labi izkliedētu, stabilu nanofluīdu, kas satur hBN nanodaļiņas ar vidējo diametru 70 nm, tiek ražoti ar divpakāpju metodi, kas ietver ultrasonikāciju un virsmaktīvās vielas, piemēram, nātrija dodecilsulfātu (SDS) un polivinilpirolidonu (PVP). Ultrasoniski izkliedētais hBN–ūdens nanofluīds uzrāda ievērojamu siltuma vadītspējas pieaugumu pat ļoti atšķaidītu daļiņu koncentrācijām. Ultraskaņas apstrāde ar zondes tipa ultrasonicator UP400S samazināja agregātu vidējo daļiņu izmēru līdz 40–60 nm diapazonam. Pētnieki secina, ka lieli un blīvi bora nitrīdu agregāti, kas tika 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.: Ilhan et al., 2016]
“Ultrasonication ir visplašāk izmantotais process literatūrā, lai palielinātu nanofluīdu stabilitāti.” [Ilhans u.c., 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 disperģētāji 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 prasīgi sajaukšanas apstākļi.
Hielscher Ultrasonics aprīkojums ļauj sagatavot netoksiskus, nebīstamus, dažus pat pārtikas kvalitātes nanofluīdus. Tajā pašā laikā visi mūsu ultrasonikatori ir ļoti efektīvi, uzticami, droši darbināmi un ļoti izturīgi. Būvēts 24/7 darbībai, pat mūsu stenda un vidēja izmēra ultrasonikatori spēj radīt ievērojamus apjomus.
Lasiet vairāk par nanofluīdu ultraskaņas ražošanu vai sazinieties ar mums tieši tagad, lai saņemtu padziļinātu konsultāciju un bezmaksas priekšlikumu ultraskaņas izkliedētājam!
Zemāk redzamajā tabulā ir sniegta norāde par mūsu ultrasonikatoru aptuveno apstrādes jaudu:
Partijas apjoms | Plūsmas ātrums | Ieteicamās ierīces |
---|---|---|
1 līdz 500 ml | 10 līdz 200 ml/min | UP100H |
10 līdz 2000 ml | 20 līdz 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
0.1 līdz 20L | 02 līdz 4 l/min | UIP2000hdT |
10 līdz 100L | 2 līdz 10L/min | UIP4000hdT |
15 līdz 150L | 3 līdz 15L/min | UIP6000hdT |
n.p. | 10 līdz 100L/min | UIP16000 |
n.p. | Lielāku | kopa UIP16000 |
Sazinieties ar mums! / Jautājiet mums!
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, kurus 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 nesējšķidrums nano izmēra daļiņām. Īpaši izstrādātas nanodaļiņas (piemēram, nanoizmēra CuO, alumīnija oksīds, titāna dioksīds, oglekļa nanocaurulītes, silīcija dioksīds vai tādi metāli kā varš, sudraba nanorodi), kas izkliedētas bāzes šķidrumā, var ievērojami uzlabot iegūtā nanofluīda siltuma pārneses spēju. Tas padara nanofluīdus par ārkārtīgi 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 12,8 μm vidējo garumu pie 0,5 tilpuma % palielināja ūdens siltumvadītspēju par 68%, un 0,5 tilpuma % sudraba nanorodu palielināja etilēnglikola bāzes dzesēšanas šķidruma 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 izspiest, kavējot tvaika slāņa veidošanos. Nanofluīds ar koncentrāciju, kas pārsniedz 5%, darbojas kā šķidrumi, kas nav Ņūtona šķidrumi. (sal. (Oldenburg et al., 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% no tilpuma palielināja ūdens siltumvadītspēju par 68%. Etilēnglikola bāzes dzesēšanas šķidruma siltumvadītspēja tika palielināta par 98% ar sudraba nanorodu slodzes koncentrāciju 0,5% pēc tilpuma. Garākiem nanorodiem bija lielāka ietekme uz siltuma vadītspēju nekā īsākiem nanorodiem ar tādu pašu iekraušanas 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 Lab līdz rūpnieciskais izmērs.