Hladilne snovi na osnovi termoprovodnih nanofluidov
Ultrazvočno sintetizizirani nanofluidi so učinkovita hladila in tekočine toplotnega izmenjevalnika. Termoprovodni nanomateriali občutno povečujejo prenos toplote in toplotno disipacijo. Sonication je dobro uveljavljena pri sintezi in funkcionalnosti termoprovodnih nanodelcev kot tudi pri proizvodnji stabilnih visokoizvodnih nanofluidov za hlajenje aplikacij.
Nanofluidični učinki na termohidravlično zmogljivost
Toplotna prevodnost materiala je merilo njegove sposobnosti vodenja toplote. Za hladilna sredstva in tekočino za prenos toplote (imenovano tudi toplotna tekočina ali termalno olje) je zaželena visoka toplotna prevodnost. Številni nanomateriali ponujajo odlične termo-prevodne lastnosti. Za uporabo vrhunske toplotne konjuktivnosti nanomaterialov se kot hladilne tekočine uporabljajo tako imenovani nanofluidi. Nanofluidi so tekočina, v kateri se delci velikosti nanometra suspendirajo v osnovni tekočini kot voda, glikol ali olje, kjer tvorijo koloidno raztopino. Nanofluidi lahko občutno povečajo toplotno prevodnost v primerjavi s tekočinami brez nanodelcev ali večjih delcev. Material, velikost, viskoznost, površinski naboj in stabilnost tekočine razpršenih nanodelcev bistveno vplivajo na toplotno učinkovitost nanofluidov. Nanofluid hitro pridobiva na pomenu v aplikacijah za prenos toplote, saj kažejo vrhunsko zmogljivost prenosa toplote v primerjavi s konvencionalnimi osnovnimi tekočinami.
Ultrazvočna disperzija je zelo učinkovita, zanesljiva in industrijsko uveljavljena tehnika za proizvodnjo nanofluidov z visoko zmogljivostjo prenosa toplote.
UP400St, 400W zmogljiv ultrazvočni procesor za proizvodnjo nanofluidov z vrhunsko toplotno prevodnostjo.
- visoka površina: razmerje volumna za bistveno višje stopnje prenosa energije in mase
- nizka masa za zelo dobro koloidno stabilnost
- nizka inercia, kar zmanjšuje erozijo
Te lastnosti, povezane z nano velikostjo, dajejo nanofluidom izjemno toplotno prevodnost. Ultrazvočna disperzija je najučinkovitejša tehnika za proizvodnjo funkcionalnih nanodelcev in nanofluidov.
Ultrazvočno proizvedeni nanofluidov z vrhunsko toplotno koducivnost
Številni nanomateriali – kot so CNT, silicijev dioksid, grafen, aluminij, srebro, boron nitrid in mnogi drugi – dokazano, da so že povečali toplotno provodnost tekočin za prenos toplote. Spodaj lahko najdete vzorne rezultate raziskav za termovodne nanofluide, pripravljene pod ultrasonikacijo.
Proizvodnja nanofluidov na osnovi aluminija z ultrazvoka
Buonomo et al. (2015) je pokazal izboljšano toplotno prevodnost al2O3 nanofluidov, ki so bili pripravljeni pod ultrasonikacijo.
Da bi nanodelce Al2O3 enakomerno razpršili v vodo, so raziskovalci uporabili Ultrasonicator UP400S tipa Hielscher sonde. Ultrazvočno deaglomerirani in razpršeni aluminijasti delci, pridelani v velikosti približno 120 nm za vse nanofluide – neodvisno od koncentracije delca. Toplotna prevodnost nanofluidov se je v primerjavi s čisto vodo povečevala pri višjih temperaturah. Pri 0,5% koncentraciji delca Al2O3 pri sobni temperaturi 25°C je povečanje toplotne prevodnosti le približno 0,57%, vendar se pri 65 °C ta vrednost poveča na približno 8%. Za koncentracijo volumna 4% gre povečanje od 7,6 % do 14,4 % s temperaturo, ki se dviga od 25 °C do 65 °C.
[prim. Buonomo et al., 2015]
Porazdelitev velikosti delcev z nanofluidi boron nitrida na vodni osnovi z različnimi koncentracijami boron nitrida po ultrasonikacijo z UP400S (a) 0,1% hBN, (b) 0,5% hBN, (c) 2% hBN
(Študija in grafi: © Ilhan et al., 2016)
Boron Nitride na osnovi Nanofluid Proizvodnja z uporabo Sonication
Ilhan et al. (2016) je preiskal toplotno prevodnost nanofluidov na osnovi heksagonalnega boron nitrida (hBN). V ta namen se izdela vrsta dobro razpršenih, stabilnih nanofluidov, ki vsebujejo nanodelce hBN s prosojnim premerom 70 nm, z metodo dveh korakov, ki vključuje ultrasonikacijo in površinsko aktivne snovi, kot sta natrijev dodecil sulfat (SDS) in polivinil pirolidon (PVP). Ultrazvočno razpršen nanofluid hBN-voda kaže pomembno toplotno prevodnost povečanje tudi za zelo redčen koncentracije delcev. Sonication z ultrasonicatorjem tipa sonde UP400S je zmanjšal povprečno velikost delcev agregatov na območje 40–60 nm. Raziskovalci ugotavljajo, da so veliki in gosto bor nitrid agregati, ki so jih opazili v nezdravljenem suhem stanju, zlomljeni z ultrasonication procesom in surfaktant dodatkom. To naredi ultrazvočno disperzijo učinkovito metodo za pripravo nanofluidov na vodni osnovi z različnimi koncentracijami delcev.
[prim. Ilhan et al., 2016]
SLIKA STEM, ki prikazuje morfologijo ultrazvočno razpršenega etilen glikola (EG), ki temelji na hBN nanofluid z 0,5% koncentracijo volumna delcev.
(Študija in grafi: © Ilhan et al., 2016)
“Ultrasonication je najbolj razširjen proces v literaturi za povečanje stabilnosti nanofluidov.” [Ilhan et al., 2016] In tudi v industrijski proizvodnji je sonication dandanes najučinkovitejša, zanesljiva in ekonomična tehnika za pridobitev dolgoročnih stabilnih nanofluidov izjemnih zmogljivosti.
Industrijski ultrasonicatorji za proizvodnjo hladilnega stroja
Znanstveno dokazano, industrijsko uveljavljeno – Hielscher Ultrasonicators za nanofluid proizvodnje
Ultrazvočni visokosmikani razpršilniki so zanesljivi stroji za neprekinjeno proizvodnjo visokozmogljivih hladilnih sredstev in tekočin za prenos toplote. Ultrazvočno pogon mešanje je znano po učinkovitosti in zanesljivosti – tudi pri zahtevnih pogojih mešanja.
Hielscher Ultrasonics oprema omogoča pripravo nestrupenih, nenevarnih, nekaj celo hrane-razred nanofluidov. Hkrati so vsi naši ultrazvočniktorji zelo učinkoviti, zanesljivi, varni za delovanje in zelo robustni. Zgrajeni za delovanje 24/7, tudi naši klop-top in srednje velikosti ultrasonicatorji so sposobni proizvajati izjemne količine.
Preberite več o ultrazvočni proizvodnji nanofluidov ali nas takoj kontaktirajte, da bi dobili poglobljeno posvetovanje in brezplačen predlog za ultrazvočni razpršilnik!
V spodnji tabeli vam daje podatek o približni zmogljivosti obdelave naših ultrasonicators:
| serija Volume | Pretok | Priporočena naprave |
|---|---|---|
| 1 do 500ml | 10 do 200 ml / min | UP100H |
| 10 do 2000 ml | 20 do 400ml / min | UP200Ht, UP400St |
| 00,1 do 20L | 00,2 do 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10L / min | UIP4000hdT |
| 15 do 150L | 3 do 15L/min | UIP6000hdT |
| ni podatkov | 10 do 100L / min | UIP16000 |
| ni podatkov | večja | gruča UIP16000 |
Kontaktiraj nas! / Vprašajte nas!
Hielscher Ultrasonics proizvaja visoko zmogljivost ultrazvočnih homogenizatorjev za mešanje aplikacij, disperzijo, emulgiranje in ekstrakcijo na lab, pilot in industrijske lestvice.
Literatura/reference
- 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.
Dejstva je treba vedeti
Zakaj so Nanofluids dobri za hlajenje in prenos toplote aplikacije?
Nov razred hladilnih snovi so nanofluidi, ki so sestavljeni iz osnovne tekočine (npr. vode), ki deluje kot nosilna tekočina za nano-velikosti delcev. Namensko zasnovani nanodelci (npr. nano-velika cuo, aluminijev titanov dioksid, ogljikove nanocevke, silicijev dioksid ali kovine, kot so baker, srebrni nanorodi), razpršeni v osnovno tekočino, lahko znatno povečajo zmogljivost prenosa toplote nanofluida, ki nastane. Zaradi tega so nanofluidi izjemne visoko zmogljene hladilne tekočine.
Uporaba posebej izdelanih nanofluidov, ki vsebujejo termovodne nanodelce, omogoča znatno izboljšanje prenosa toplote in razsipanja; Npr. srebrni nanorodi s premerom 55±12 nm in povprečno dolžino 12,8 μm pri 0,5 vol.% so toplotno prevodnost vode povečali za 68 %, za 0,5 vol.% srebrnih nanorodov pa za 98 %. Alumina nanodelci pri 0,1% lahko poveča kritični toplotni tok vode za kar 70%; delci tvorijo grobo porozno površino na ohlajenem objektu, kar spodbuja nastanek novih mehurčkov, njihova hidrofilna narava pa jih nato pomaga odriniti stran, kar ovira nastanek parne plasti. Nanofluid s koncentracijo več kot 5% deluje kot ne-newtonske tekočine. (prim. (Oldenburg et al., 2007)
Dodajanje kovinskih nanodelcev hladilcem, ki se uporabljajo v sistemih toplotne kontrole, lahko dramatično poveča toplotno prevodnost osnovne tekočine. Taki kovinski nanodelci-fluidni kompositni materiali se imenujejo nanofluidi in njihova uporaba kot hladilna sredstva ima možnost zmanjšati težo in zahteve moči sistemov toplotne kontrole vesoljskih plovil. Toplotna prevodnost nanofluidov je odvisna od koncentracije, velikosti, oblike, površinske kemije in agregiranega stanja sestavnih nanodelcev. Raziskani so bili učinki koncentracije nakladanja nanodelcev in razmerja širine nanodelcev na toplotno prevodnost in viskoznost hlajev na osnovi vode in etilen glikola. Srebrni nanorodi s premerom 55 ± 12 nm in povprečno dolžino 12,8 ± 8,5 μm pri koncentraciji 0,5 % po prostornini so povečali toplotno prevodnost vode za 68%. Toplotna prevodnost hlajenja na osnovi etilen glikola se je povečala za 98 % s koncentracijo nakladanja srebrnega nanoroda 0,5% po volumnu. Daljše nanorode so imele večji vpliv na toplotno prevodnost kot krajše nanorode pri isti gostoti nakladanja. Vendar pa so daljše nanorode povečale tudi viskoznost osnovne tekočine v večji meri kot krajše nanorode.
(Oldenburg et al., 2007)
Hielscher Ultrasonics proizvaja visoko zmogljivost ultrazvočnih homogenizatorjev iz laboratorij do industrijske velikosti.