Охлаждающие жидкости на основе теплопроводных наножидкостей

Наножидкости, синтезированные с помощью ультразвука, являются эффективными охлаждающими жидкостями и жидкостями для теплообменников. Теплопроводные наноматериалы значительно повышают способность передавать и отводить тепло. Обработка ультразвуком хорошо зарекомендовала себя при синтезе и функционализации теплопроводных наночастиц, а также при производстве стабильных высокоэффективных наножидкостей для охлаждения.

Влияние наножидкостей на теплогидравлические характеристики

Теплопроводность материала служит мерой его способности проводить тепло. Для охлаждающих жидкостей и теплоносителей (также называемых термическими жидкостями или термомаслами) желательна высокая теплопроводность. Многие наноматериалы обладают отличными теплопроводными свойствами. Чтобы использовать превосходную теплопроводность наноматериалов, в качестве охлаждающих жидкостей применяют так называемые наножидкости. Наножидкость представляет собой жидкость, в которой частицы нанометрового размера взвешены в базовой жидкости, например воде, гликоле или масле, образуя коллоидный раствор. Наножидкости могут обладать значительно более высокой теплопроводностью по сравнению с жидкостями без наночастиц или более крупных частиц. Материал, размер, вязкость, поверхностный заряд и стабильность в жидкости диспергированных наночастиц значительно влияют на тепловые характеристики наножидкостей. Наножидкости быстро приобретают всё большее значение в процессах теплопередачи, поскольку обеспечивают превосходные характеристики теплопередачи по сравнению с обычными базовыми жидкостями.
Ультразвуковое диспергирование – высокоэффективный, надёжный и проверенный в промышленности метод получения наножидкостей с высокой способностью передавать тепло.

Наножидкости, полученные с помощью ультразвука, служат эффективными охлаждающими жидкостями и теплоносителями для теплообменников. Теплопроводные наноматериалы значительно улучшают теплопередачу и отвод тепла. Ультразвуковая обработка широко применяется для синтеза и функционализации теплопроводных наночастиц, а также для получения стабильных высокоэффективных наножидкостей для охлаждения.

Обработка ультразвуком позволяет раскрыть преимущества частиц наноразмера, такие как

• высокое отношение площади поверхности : объёма, обеспечивающее значительно более высокую скорость переноса энергии и массы
• малая масса, обеспечивающая очень хорошую коллоидную стабильность
• низкая инерция, которая сводит эрозию к минимуму

Эти свойства, обусловленные наноразмером, придают наножидкостям исключительную теплопроводность. Ультразвуковое диспергирование – самый эффективный метод получения функционализированных наночастиц и наножидкостей.

Наножидкости с превосходной теплопроводностью, полученные с помощью ультразвука

Уже доказано, что многочисленные наноматериалы – такие как углеродные нанотрубки (CNT), диоксид кремния, графен, алюминий, серебро, нитрид бора и многие другие – повышают теплопроводность теплоносителей. Ниже приведены примеры результатов исследований теплопроводных наножидкостей, приготовленных с помощью обработки ультразвуком.

Производство наножидкостей на основе алюминия с помощью ультразвука

Buonomo et al. (2015) продемонстрировали повышенную теплопроводность наножидкостей Al2O3, приготовленных с помощью обработки ультразвуком.
Для равномерного диспергирования наночастиц Al2O3 в воде исследователи использовали ультразвуковой аппарат Hielscher UP400S зондового типа. После ультразвуковой деагломерации и диспергирования алюминиевых частиц размер частиц во всех наножидкостях составлял приблизительно 120 nm – независимо от концентрации частиц. При более высоких температурах теплопроводность наножидкостей возрастала по сравнению с чистой водой. При концентрации частиц Al2O3 0,5% и комнатной температуре 25°C увеличение теплопроводности составляет лишь около 0,57%, но при 65°C это значение возрастает примерно до 8%. При объёмной концентрации 4% увеличение возрастает с 7,6% до 14,4% при повышении температуры с 25°C до 65°C.
[см. Buonomo et al., 2015]

Производство наножидкостей на основе нитрида бора с помощью обработки ультразвуком

Ilhan et al. (2016) исследовали теплопроводность наножидкостей на основе гексагонального нитрида бора (hBN). Для этого с помощью двухэтапного метода, включающего обработку ультразвуком и применение поверхностно-активных веществ, таких как додецилсульфат натрия (SDS) и поливинилпирролидон (PVP), получают серию хорошо диспергированных стабильных наножидкостей, содержащих наночастицы hBN со средним диаметром 70 nm. Диспергированная ультразвуком наножидкость hBN–вода демонстрирует значительное увеличение теплопроводности даже при очень низких концентрациях частиц. Обработка ультразвуком с помощью ультразвукового аппарата UP400S зондового типа уменьшила средний размер частиц агрегатов до диапазона 40–60 nm. Исследователи пришли к выводу, что крупные и плотные агрегаты нитрида бора, наблюдавшиеся в необработанном сухом состоянии, разрушаются при обработке ультразвуком и добавлении поверхностно-активных веществ. Это делает ультразвуковое диспергирование эффективным методом приготовления наножидкостей на водной основе с различными концентрациями частиц.
[см. Ilhan et al., 2016]

«Обработка ультразвуком – наиболее широко используемый в литературе процесс повышения стабильности наножидкостей». [Ilhan et al., 2016] И в промышленном производстве обработка ультразвуком сегодня также является самым эффективным, надёжным и экономичным методом получения наножидкостей с выдающимися эксплуатационными характеристиками, сохраняющих стабильность в течение длительного времени.

Промышленные ультразвуковые аппараты для производства охлаждающих жидкостей

Научно доказано, проверено в промышленности – ультразвуковые аппараты Hielscher для производства наножидкостей
Ультразвуковые диспергаторы с высоким сдвигом – надёжные машины для непрерывного производства высокоэффективных охлаждающих жидкостей и теплоносителей. Смешивание под действием ультразвука известно своей эффективностью и надёжностью – даже в сложных условиях смешивания.
Оборудование Hielscher Ultrasonics позволяет готовить нетоксичные, неопасные наножидкости, некоторые из которых даже соответствуют требованиям к пищевой продукции. При этом все наши ультразвуковые аппараты отличаются высокой эффективностью, надёжностью, безопасностью эксплуатации и очень прочной конструкцией. Рассчитанные на работу в режиме 24/7, даже наши настольные и среднеразмерные ультразвуковые аппараты способны обеспечивать значительные объёмы производства.
Узнайте больше об ультразвуковом производстве наножидкостей или свяжитесь с нами прямо сейчас, чтобы получить подробную консультацию и бесплатное предложение на ультразвуковой диспергатор!

Таблица ниже даёт представление о приблизительной производительности наших ультразвуковых аппаратов:

В этом видео мы показываем ультразвуковую систему мощностью 2 киловатта для работы в потоке, размещённую в продуваемом шкафу. Hielscher поставляет ультразвуковое оборудование практически для всех отраслей, включая химическую, фармацевтическую и косметическую промышленность, нефтехимические процессы, а также экстракцию с применением растворителей. Этот продуваемый шкаф из нержавеющей стали предназначен для эксплуатации во взрывоопасных зонах. Для предотвращения попадания горючих газов или паров внутрь герметичного шкафа заказчик может продувать его азотом или свежим воздухом.