Lichide de răcire pe bază de nanofluide termoconductoare
Nanofluidele sintetizate ultrasonically sunt agenți de răcire eficienți și lichide schimbătoare de căldură. Nanomaterialele termoconductive cresc semnificativ transferul de căldură și capacitatea de disipare a căldurii. Sonicare este bine stabilit în sinteza și funcționalizarea nanoparticulelor termoconductive, precum și producția de nanofluide stabile de înaltă performanță pentru aplicații de răcire.
Efecte nanofluidice asupra performanței termo-hidraulice
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 lichid termic sau ulei termic), se dorește o conductivitate termică ridicată. Numeroase nanomateriale oferă proprietăți termoconductoare excelente. Pentru a utiliza propicența termică superioară a nanomaterialelor, așa-numitele nanofluide sunt utilizate ca lichide de răcire. Un nanofluid este un fluid, în care particulele de dimensiuni nanometrice sunt suspendate în lichidul de bază, cum ar fi apa, glicolul sau uleiul, unde formează o soluție coloidală. Nanofluidele pot crește semnificativ în 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.
UP400St, un procesor cu ultrasunete puternic de 400W pentru producerea de nanofluide cu conductivitate termică superioară.
- o suprafață ridicată: raportul volumului pentru rate de transfer de energie și masă semnificativ mai mari
- masa scazuta pentru o stabilitate coloidala foarte buna
- inerție scăzută, care minimizează eroziunea
Aceste caracteristici legate de dimensiuni nano oferă nanofluidelor conductivitatea termică excepțională. Dispersia cu ultrasunete este cea mai eficientă tehnică pentru a produce nanoparticule funcționalizate și nanofluide.
Nanofluide produse ultrasonically cu conducivitate termică superioară
Numeroase nanomateriale – cum ar fi CNTs, silice, grafen, aluminiu, argint, nitrură de bor și multe altele – s-a dovedit deja că crește disponibilitatea termică a fluidelor de transfer termic. Mai jos, puteți găsi rezultate exemplare de cercetare pentru nanofluide termoconductoare preparate sub ultrasonication.
Producția de nanofluid pe bază de alumiunium 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 ultrasonicator de tip sondă Hielscher UP400S. Particule de aluminiu ultrasonically deaglomerate și dispersate au dat într-o dimensiune a particulelor de aproximativ 120 nm pentru toate nanofluidele – independent de concentrația particulelor. Conductivitatea termică a nanofluidelor a crescut la temperaturi mai ridicate în comparație cu apa pură. Cu o concentrație de particule 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 concentrația de volum de 4% accesoriul merge de la 7,6% la 14,4%, temperatura crescând de la 25 ° C la 65 ° C.
[cf. Buonomo et al., 2015]
Distribuția dimensiunii particulelor nanofluidelor de nitrură de bor pe bază de apă cu diferite concentrații de nitrură de bor după sonicare cu UP400S (a) 0,1% hBN, (b) 0,5% hBN, (c) 2% hBN
(Studiu și grafice: © Ilhan et al., 2016)
Pe bază de nitrură de bor nanofluid de producție folosind Sonicare
Ilhan et al. (2016) a 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, cum ar fi dodecil sulfat de sodiu (SDS) și polivinil pirolidonă (PVP). Nanofluidul hBN-apă dispersat cu ultrasunete arată o creștere semnificativă a conductivității termice chiar și pentru concentrații foarte diluate ale particulelor. Sonicare cu ultrasonicator de tip sondă UP400S a redus dimensiunea medie a particulelor de agregate până la 40-60 nm gama. Cercetătorii au ajuns la concluzia că agregatele mari și dense de nitrură de bor, care au fost observate în stare uscată netratată, sunt rupte cu procesul de sonicare și adăugarea de agenți tensioactivi. 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 etilen (EG) pe bază de etilenglicol cu o concentrație de volum de particule de 0,5%.
(Studiu și grafice: © Ilhan et al., 2016)
“Ultrasonication este procesul cel mai utilizat pe scară largă în literatura de specialitate pentru a crește stabilitatea nanofluidelor.” [Ilhan et al., 2016] Și, de asemenea, în producția industrială, Sonicare este în zilele noastre cea mai eficientă, fiabilă și economică tehnică pentru a obține nanofluide stabile pe termen lung de performanță remarcabilă.
Ultrasonicators industriale pentru producția de lichid de răcire
Dovedit științific, stabilit industrial – Hielscher Ultrasonicators pentru producția de nanofluid
Dispersoare cu ultrasunete de înaltă forfecare sunt mașini fiabile pentru producția continuă de agenți de răcire de înaltă performanță și fluide de transfer de căldură. Amestecarea ultrasonically-driven este cunoscut pentru eficiența și fiabilitatea sa – chiar și atunci când se aplică condiții de amestecare solicitante.
Hielscher Ultrasonics echipamente permite să se pregătească non-toxice, non-periculoase, unele chiar nanofluide de calitate alimentară. În același timp, toate ultrasonicators noastre sunt extrem de eficiente, fiabile, în condiții de siguranță pentru a opera, și foarte robust. Construit pentru funcționarea 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 în profunzime și o propunere gratuită pentru un dispersor cu ultrasunete!
Tabelul de mai jos vă oferă o indicație a capacității de procesare aproximativă a ultrasonicators noastre:
| volum lot | Debit | Aparate recomandate |
|---|---|---|
| 1 la 500mL | 10 până la 200 ml / min | UP100H |
| 10 la 2000ml | 20 până la 400ml / min | Uf200 ः t. UP400St |
| 0.1 la 20L | 0.2 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 100L | 2 până la 10L / min | UIP4000hdT |
| De la 15 la 150L | De la 3 la 15L/min | UIP6000hdT |
| N / A. | 10 la 100L / min | UIP16000 |
| N / A. | mai mare | grup de UIP16000 |
Contacteaza-ne! / Intreaba-ne!
Hielscher Ultrasonics produce omogenizatoare cu ultrasunete de înaltă performanță pentru amestecarea aplicațiilor, dispersie, emulsificare și extracție pe scară de laborator, pilot și industrial.
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.
Ce trebuie să știți
De ce sunt nanofluidele bune pentru aplicațiile de răcire și transfer de căldură?
O nouă clasă de agenți de răcire sunt nanofluidele care constau dintr-un fluid de bază (de exemplu, apă), care acționează ca lichid purtător pentru particulele de dimensiuni nano. Nanoparticulele proiectate special (de exemplu, cuO de dimensiuni nano, dioxid de titan de alumină, nanotuburi de carbon, silice sau metale precum cuprul, nanorodurile de argint) dispersate în lichidul de bază pot spori semnificativ capacitatea de transfer de căldură a nanofluidului rezultat. Acest lucru face ca nanofluidele să fie lichide de răcire extraordinare de înaltă performanță.
Utilizarea nanofluidelor fabricate în mod specific care conțin nanoparticule termoconductoare permite îmbunătățiri semnificative în transferul și disiparea căldurii; de exemplu, nanorodurile 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 vol.% din nanorodii 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 termic critic al apei cu până la 70%; particulele formează o suprafață poroasă aspră pe obiectul răcit, ceea ce încurajează formarea de noi bule, iar natura lor hidrofilă ajută apoi la îndepărtarea lor, împiedicând formarea stratului de abur. Nanofluidul cu concentrația mai mare de 5% acționează ca fluidele non-newtoniene. (cf. (Oldenburg et al., 2007)
Adăugarea de nanoparticule 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-fluide metalice sunt denumite nanofluide, iar utilizarea lor ca agenți 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 constitutive. Au fost investigate efectele concentrației de încărcare a nanoparticulelor și raportul de aspect al nanoparticulelor asupra conductivității termice și vâscozității apei și a agenților de răcire pe bază de etilenglicol. Nanorodurile de argint cu un diametru 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 crescută cu 98% cu o concentrație de încărcare a nanorodului de argint de 0,5% în volum. Nanorodurile mai lungi au avut un efect mai mare asupra conductivității termice decât nanorodurile mai scurte la aceeași densitate de încărcare. Cu toate acestea, nanorodurile mai lungi au crescut, de asemenea, vâscozitatea fluidului de bază într-o măsură mai mare decât nanorodurile mai scurte.
(Oldenburg et al., 2007)
Hielscher Ultrasonics produce omogenizatoare cu ultrasunete de înaltă performanță de la laborator la dimensiunea industrială.