Lichide de răcire pe bază de nanofluide termoconductoare
Nanofluidele sintetizate ultrasonically sunt lichide de răcire eficiente și lichide schimbătoare de căldură. Nanomaterialele termoconductoare cresc semnificativ transferul de căldură și capacitatea de disipare a căldurii. Sonicare este bine stabilit în sinteza și funcționalizarea nanoparticulelor termoconductoare, precum și producerea de nanofluide stabile de înaltă performanță pentru aplicații de răcire.
Efecte nanofluidice asupra performanței termohidraulice
Conductivitatea termică a unui material este o măsură a capacității sale de a conduce căldura. Pentru lichidele de răcire și lichidul de transfer termic (numit și fluid termic sau ulei termic), se dorește o conductivitate termică ridicată. Numeroase nanomateriale oferă proprietăți termoconductoare excelente. Pentru a utiliza caracterul termic superior al nanomaterialelor, așa-numitele nanofluide sunt utilizate ca lichide de răcire. Un nanofluid este un fluid în care particule de dimensiuni nanometrice sunt suspendate în fluidul de bază, cum ar fi apa, glicolul sau uleiul, unde formează o soluție coloidală. Nanofluidele pot crește semnificativ conductivitatea termică în comparație cu lichidele fără nanoparticule sau particule mai mari. Materialul, dimensiunea, vâscozitatea, sarcina de suprafață și stabilitatea fluidelor nanoparticulelor dispersate afectează semnificativ performanța termică a nanofluidelor. Nanofluidele câștigă rapid importanță în aplicațiile de transfer de căldură, deoarece prezintă performanțe superioare de transfer de căldură în comparație cu fluidele de bază convenționale.
Dispersia cu ultrasunete este o tehnică extrem de eficientă, fiabilă și stabilită industrial pentru a produce nanofluide cu capacități de transfer de căldură de înaltă performanță.
- un raport suprafață mare: volum pentru rate de transfer semnificativ mai mari de energie și masă
- masă redusă pentru o stabilitate coloidală foarte bună
- inerție scăzută, care minimizează eroziunea
Aceste caracteristici legate de dimensiuni nanometrice conferă nanofluidelor o conductivitate termică excepțională. Dispersia cu ultrasunete este cea mai eficientă tehnică pentru a produce nanoparticule funcționalizate și nanofluide.
Ultrasonically produse nanofluide cu conducere termică superioară
Numeroase nanomateriale – cum ar fi CNT-uri, silice, grafen, aluminiu, argint, nitrură de bor și multe altele – s-a dovedit deja că sporesc favorabilitatea termică a fluidelor de transfer termic. Mai jos, puteți găsi rezultate exemplare de cercetare pentru nanofluidele termoconductoare preparate sub ultrasonication.
Producția de nanofluide pe bază de alumiuniu cu ultrasunete
Buonomo et al. (2015) a demonstrat conductivitatea termică îmbunătățită a nanofluidelor Al2O3, care au fost preparate sub ultrasonication.
Pentru a dispersa nanoparticulele Al2O3 uniform în apă, cercetătorii au folosit sonda Hielscher ultrasonicator UP400S. Ultrasonically particule de aluminiu deaglomerate și dispersate dat într-o dimensiune a particulelor de aproximativ 120 nm pentru toate nanofluidele – independent de concentrația particulelor. Conductivitatea termică a nanofluidelor creștea la temperaturi mai ridicate în comparație cu apa pură. Cu o concentrație de particule de Al2O3 de 0,5% la temperatura camerei de 25 °C, creșterea conductivității termice este de numai aproximativ 0,57%, dar la 65 ° C această valoare crește la aproximativ 8%. Pentru o concentrație volumică de 4%, creșterea variază de la 7,6% la 14,4%, temperatura crescând de la 25 °C la 65 °C.
[cf. Buonomo et al., 2015]
Distribuția dimensiunii particulelor de nanofluide de nitrură de bor pe bază de apă cu diferite concentrații de nitrură de bor după ultrasonication cu UP400S (a) 0,1% hBN, (b) 0,5% hBN, (c) 2% hBN
Producția de nanofluide pe bază de nitrură de bor folosind sonicare
Ilhan et al. (2016) au investigat conductivitatea termică a nanofluidelor pe bază de nitrură hexagonală de bor (hBN). În acest scop, o serie de nanofluide bine dispersate, stabile, care conțin nanoparticule hBN cu un diametru mediu de 70 nm, sunt produse cu o metodă în două etape care implică ultrasonication și agenți tensioactivi, ar fi dodecil sulfat de sodiu (SDS) și polivinil pirolidonă (PVP). Nanofluidul hBN-apă dispersat ultrasonically prezintă o creștere semnificativă a conductivității termice chiar și pentru concentrațiile de particule foarte diluate. Sonicare cu ultrasonicator de tip sondă UP400S redus dimensiunea medie a particulelor de agregate până la intervalul 40-60 nm. Cercetătorii concluzionează că agregatele mari și dense de nitrură de bor, care au fost observate în stare uscată netratată, sunt rupte cu procesul de ultrasonication și adăugarea de surfactant. Acest lucru face dispersia cu ultrasunete o metodă eficientă pentru prepararea nanofluidelor pe bază de apă cu diferite concentrații de particule.
[cf. Ilhan et al., 2016]
Imagine STEM care arată morfologia unui nanofluid hBN pe bază de etilenglicol (EG) dispersat ultrasonically cu concentrație de volum de particule 0,5%.
“Ultrasonication este procesul cel mai utilizat pe scară largă în literatura de specialitate pentru a crește stabilitatea nanofluidelor.” [Ilhan și colab., 2016] Și, de asemenea, în producția industrială, sonicare este în zilele noastre tehnica cea mai eficientă, fiabilă și economică pentru a obține nanofluide stabile pe termen lung de performanțe remarcabile.
Ultrasonicators industriale pentru producția de lichid de răcire
Dovedit științific, stabilit industrial – Hielscher Ultrasonicators pentru producția de nanofluid
Dispersoarele cu ultrasunete de forfecare ridicată sunt mașini fiabile pentru producerea continuă de lichide de răcire de înaltă performanță și fluide de transfer termic. Amestecarea ultrasonically este cunoscută pentru eficiența și fiabilitatea sa – chiar și atunci când se aplică condiții de amestecare solicitante.
Hielscher echipamente cu ultrasunete permite de a pregăti non-toxice, non-periculoase, unele chiar nanofluide de calitate alimentară. În același timp, toate ultrasonicators noastre sunt extrem de eficiente, fiabile, sigure de operat, și foarte robuste. Construit pentru funcționare 24/7, chiar și ultrasonicators noastre banc-top și mijlocii sunt capabile să producă volume remarcabile.
Citiți mai multe despre producția cu ultrasunete de nanofluide sau contactați-ne chiar acum pentru a obține o consultare aprofundată și o propunere gratuită pentru un dispersor cu ultrasunete!
Tabelul de mai jos vă oferă o indicație a capacității aproximative de procesare a ultrasonicators noastre:
| Volumul lotului | Debitul | Dispozitive recomandate |
|---|---|---|
| 1 până la 500 ml | 10 până la 200 ml/min | UP100H |
| 10 până la 2000 ml | 20 până la 400 ml? min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 până la 20L | 00.2 până la 4L? min | UIP2000hdT |
| 10 până la 100L | 2 până la 10L? min | UIP4000hdT |
| 15 până la 150L | 3 până la 15L? min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 până la 100L? min | UIP16000 |
| n.a. | mai mare | grup de UIP16000 |
Contactează-ne!? Întreabă-ne!
Hielscher Ultrasonics produce omogenizatoare cu ultrasunete de înaltă performanță pentru aplicații de amestecare, dispersie, emulsionare și extracție pe laborator, pilot și scară industrială.
Literatură? Referințe
- 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.
Fapte care merită știute
De ce sunt nanofluidele bune pentru aplicații de răcire și transfer de căldură?
O nouă clasă de lichide de răcire sunt nanofluidele care constau dintr-un fluid de bază (de exemplu, apă), care acționează ca lichid purtător pentru particule de dimensiuni nanometrice. Nanoparticulele special concepute (de exemplu, CuO de dimensiuni nanometrice, dioxid de titan de alumină, nanotuburi de carbon, silice sau metale precum cupru, nanotije de argint) dispersate în fluidul de bază pot spori semnificativ capacitatea de transfer termic a nanofluidului rezultat. Acest lucru face ca nanofluidele să fie lichide de răcire extraordinare de înaltă performanță.
Utilizarea nanofluidelor fabricate special care conțin nanoparticule termoconductoare permite îmbunătățiri semnificative în transferul și disiparea căldurii; De exemplu, nanotijele de argint cu diametrul de 55±12 nm și lungimea medie de 12,8 μm la 0,5% vol. au crescut conductivitatea termică a apei cu 68%, iar 0,5% din nanotijele de argint au crescut conductivitatea termică a lichidului de răcire pe bază de etilenglicol cu 98%. Nanoparticulele de alumină la 0,1% pot crește fluxul critic de căldură al apei cu până la 70%; Particulele formează o suprafață poroasă aspră pe obiectul răcit, ceea ce încurajează formarea de bule noi, iar natura lor hidrofilă ajută apoi la împingerea lor, împiedicând formarea stratului de abur. Nanofluidul cu concentrația mai mare de 5% acționează ca fluide non-newtoniene. (cf. (Oldenburg et al., 2007)
Adăugarea nanoparticulelor metalice la lichidele de răcire utilizate în sistemele de control termic poate crește dramatic conductivitatea termică a fluidului de bază. Astfel de materiale compozite nanoparticule metalice sunt denumite nanofluide, iar utilizarea lor ca lichide de răcire are potențialul de a reduce cerințele de greutate și putere ale sistemelor de control termic ale navelor spațiale. Conductivitatea termică a nanofluidelor depinde de concentrația, dimensiunea, forma, chimia suprafeței și starea de agregare a nanoparticulelor constituente. Au fost investigate efectele concentrației de încărcare a nanoparticulelor și raportul de aspect al nanoparticulelor asupra conductivității termice și vâscozității apei și a lichidelor de răcire pe bază de etilenglicol. Nanotijele de argint cu diametrul de 55 ± 12 nm și o lungime medie de 12,8 ± 8,5 μm la o concentrație de 0,5% în volum au crescut conductivitatea termică a apei cu 68%. Conductivitatea termică a unui lichid de răcire pe bază de etilenglicol a fost mărită cu 98% cu o concentrație de încărcare a nanotijei de argint de 0,5% în volum. Nanotijele mai lungi au avut un efect mai mare asupra conductivității termice decât nanotijele mai scurte la aceeași densitate de încărcare. Cu toate acestea, nanotijele mai lungi au crescut, de asemenea, vâscozitatea fluidului de bază într-o măsură mai mare decât nanotijele mai scurte.
(Oldenburg și colab., 2007)
Hielscher Ultrasonics produce omogenizatoare cu ultrasunete de înaltă performanță de la Laborator spre dimensiunea industrială.