Rashladne pahuljice na bazi termokonduktivnih nanofluida
Ultrasonično sintetisani nanofluidi su efikasni rashladni sredstva i tečnosti za razmenu toplote. Termokonduktivni nanomaterijali značajno povećavaju prenos toplote i kapacitete za rasipanje toplote. Sonication is well established in the synthesis and functionalization of thermoconductive nanoparticles as well as the production of stable high-performant nanofluids for cooling applications.
Nanofluidic Effects on Thermo-Hydraulic Performance
Toplotna provodljivost materijala je mera njegove sposobnosti da sprovodi toplotu. Za rashladne tečnosti i toplote (koja se naziva i termalna tečnost ili termalno ulje), priželjkuje se visoka toplotna provodljivost. Brojni nanomaterijali nude odlične termo-provodne osobine. Da bi se koristila superiorna toplotna pogodnost nanomaterijala, takozvani nanofluidi se koriste kao tečnost za hlađenje. Nanofluidi su tečnost, u kojoj se čestice veličine nanometra obustavljaju u baznoj tečnosti poput vode, glikola ili ulja, gde formiraju koloidni rastvor. Nanofluidi mogu značajno da povećaju toplotnu provodljivost u poređenju sa tečnošću bez nanočestica ili većih čestica. Materijal, veličina, viskoznost, površinsko punjenje i stabilnost tečnosti raspršenih nanočestica značajno utiču na toplotne performanse nanofluida. Nanofluidi ubrzano dobijaju na značaju u aplikacijama za prenos toplote pošto pokazuju superiorne performanse prenosa toplote u poređenju sa konvencionalnim baznim tečnostima.
Ultrazvučno raspršivanje je visoko efikasna, pouzdana i industrijski utvrđena tehnika proizvodnje nanofluida sa kapacitetima za prenos toplote visokih performansi.
UP400St, moćni ultrazvučni procesor od 400W za proizvodnju nanofluida sa superiornom toplotnom provodljivošću.
- visoka površina : odnos jačine zvuka za znatno veće stope prenosa energije i mase
- niska masa za veoma dobru koloidnu stabilnost
- niska inercija, koja smanjuje eroziju
Ove karakteristike povezane sa nano veličinom daju nanofluidima njihovu izuzetnu toplotnu provodljivost. Ultrazvučno raspršivanje je najefikasnija tehnika proizvodnje funkcionalnih nanočestica i nanofluida.
Ultrasonično proizvedeni nanofluidi sa superiornom toplotnom pogodnošću
Brojni nanomaterijali – kao što su CNTs, silica, grafen, aluminijum, srebro, boron nitride i mnogi drugi – već je dokazano da povećava toplotnu pogodnost tečnosti za prenos toplote. U nastavku možete pronaći primerne rezultate istraživanja za termoprovodljive nanofluide pripremljene pod ultrazvučno.
Nanofluidna proizvodnja sa sedištem u Alumiuniumu sa ultrazvukom
Buonomo et al. (2015) demonstrirao je poboljšanu toplotnu provodljivost Al2O3 nanofluida, koji su pripremljeni pod ultrazvučnošću.
Da bi rasterali Al2O3 nanočestice ujednačeno u vodu, istraživači su koristili ultrazvučni tip sonde Hielscher UP400S. Ultrasonično deagglomerated and dispersed aluminium particles yielded in a particle size of approx. 120 nm for all nanofluids – nezavisno od koncentracije čestica. Toplotna provodljivost nanofluida se povećavala na višim temperaturama u poređenju sa čistom vodom. Sa 0,5% Al2O3 koncentracije čestica na sobnoj temperaturi od 25°C povećanje toplotne provodljivosti je samo oko 0,57%, ali na 65°C ova vrednost se povećava na oko 8%. Za koncentraciju zapremine od 4% povećanje ide od 7,6% do 14,4% sa porastom temperature od 25°C do 65°C.
[cf. Buonomo et al., 2015]
Particle size distribution of water-based boron nitride nanofluids with various boron nitride concentration after ultrasonication with the UP400S (a) 0.1% hBN, (b) 0.5% hBN, (c) 2% hBN
(Study and graphs: © Ilhan et al., 2016)
Boron Nitride-based Nanofluid Production using Sonication
Ilhan et al. (2016) je istraživao toplotnu provodljivost heksagonalnog boron nitrida (hBN) baziranog nanofluidima. U tu svrhu se proizvodi niz dobro raspršenih, stabilnih nanofluida, koji sadrže hBN nanočestice prečnika 70 nm, proizvode se metodom u dva koraka koja uključuje ultrazvučnost i surfaktante kao što su natrijum dodecyl sulfat (SDS) i polivinil pirolidon (PVP). Ultrazvučno raspršeni nanofluid hBN–vode pokazuje značajno povećanje toplotne provodljivosti čak i za veoma razblažene koncentracije čestica. Sonicija sa ultrazvučnim tipom sonde UP400S smanjila je prosečnu veličinu agregata na 40–60 nm opsega. Istraživači zaključuju da su veliki i gusti borovi nitridni agregati, koji su primećeni u nelečenom suvom stanju, razbijeni procesom ultrazvučnosti i dodatkom surfaktanta. To čini ultrazvučnu disperziju efikasnom metodom za pripremu nanofluida na bazi vode sa različitim koncentracijama čestica.
[cf. Ilhan et al., 2016]
STEM slika koja prikazuje morfologiju ultrasonično raspršenog etilen glikola (EG)- baziranog na hBN nanofluidu sa koncentracijom 0,5% zapremine čestica.
(Study and graphs: © Ilhan et al., 2016)
“Ultrazvučnost je najkošeniji proces u literaturi za povećanje stabilnosti nanofluida.” [Ilhan et al., 2016] A takođe i u industrijskoj proizvodnji, sonication je u današnje vreme najefikasnija, najpouzdanija i ekonomičnija tehnika za dobijanje dugoročno stabilnih nanofluida izvanrednih performansi.
Industrijski ultrazvučni za proizvodnju rashladnih proizvoda
Naučno dokazano, industrijski osnovano – Hielscher Ultrasonicators for Nanofluid Production
Ultrazvučni raspršivači visokog šera su pouzdane mašine za kontinuiranu proizvodnju rashladnih tečnosti visokih performansi i tečnosti za prenos toplote. Ultrasonično vođeno mešanje poznato je po efikasnosti i pouzdanosti – čak i kada se primenjuju zahtevni uslovi mešanja.
Hielscher Ultrasonics oprema omogućava pripremu neotrovnih, neopasnih, nekih čak i nanofluida za hranu. Istovremeno, svi naši ultrazvučnici su veoma efikasni, pouzdani, bezbedni za rad i veoma robusni. Stvoreni za 24/7 operaciju, čak i naši ultrazvučnici srednje veličine su sposobni da proizvedu izuzetne volumene.
Pročitajte više o ultrazvučnoj proizvodnji nanofluida ili nas odmah kontaktirajte kako biste dobili detaljnu konsultaciju i besplatan predlog za ultrazvučni raspršivač!
Табела испод показује приближни капацитет обраде наших ултразвучних уређаја:
| батцх tom | Проток | Препоручени уређаји |
|---|---|---|
| 1 до 500 мл | 10 до 200мЛ / мин | УП100Х |
| 10 до 2000мЛ | 20 до 400мЛ / мин | УП200Хт, УП400Ст |
| 0.1 до 20Л | 0.2 до 4Л / мин | УИП2000хдТ |
| 10 до 100Л | 2 до 10Л / мин | UIP4000hdT |
| 15 do 150L | 3 do 15L/min | UIP6000hdT |
| Н.А. | 10 до 100Л / мин | УИП16000 |
| Н.А. | веће | кластер УИП16000 |
Контактирајте нас! / Питајте нас!
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi za mešanje aplikacija, raspršivanje, emulzifikaciju i vađenje na laboratorijskoj, pilotskoj i industrijskoj skali.
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.
Чињенице вреди знати
Zašto su Nanofluidi dobri za aplikacije za hlađenje i prenos toplote?
Nova klasa rashladnih tečnosti su nanofluidi koji se sastoje od osnovne tečnosti (npr. vode), koja deluje kao nosač tečnosti za čestice nano veličine. Namenski dizajnirane nanočestice (npr. nano-veličina CuO, aluminijumski titanijum dioksid, ugljen-nanocevi, silika ili metali kao što su bakar, srebrni nanorodi) raspršene u osnovnu tečnost mogu značajno da poboljšaju kapacitet prenosa toplote dobijenog nanofluida. Ovo čini nanofluide izvanrednim tečnostima za hlađenje visokih performansi.
Korišćenje posebno proizvedenih nanofluida koji sadrže termoprovodljive nanočestice omogućava značajna poboljšanja u prenosu toplote i rasipništvu; npr. srebrni nanorodi prečnika 55±12 nm i prosečne dužine 12,8 μm na 0,5 vol.% povećali su toplotnu provodljivost vode za 68%, a 0,5 vol.% srebrnih nanoroda povećalo je toplotnu provodljivost etilen glikol na bazi hlađenja za 98%. Alumina nanočestice od 0,1 odsto mogu da povećaju kritični toplotni fluks vode za čak 70 odsto; čestice formiraju grubu poroznu površinu na ohlađenom objektu, što podstiče formiranje novih mehurića, a njihova hidrofilna priroda zatim pomaže da se odgurnu, ometajući formiranje parnog sloja. Nanofluid sa koncentracijom više od 5% deluje kao ne-njutnska tečnost. (cf. (Oldenburg et al., 2007)
Dodavanje metalnih nanočestica rashladnim tečnostima koje se koriste u termalnim kontrolnim sistemima može drastično da poveća toplotnu provodljivost osnovne tečnosti. Takvi metalni nanočesni kompozitni materijali nazivaju se nanofluididi i njihova upotreba kao rashladnih tečnosti ima potencijal da smanji težinu i zahteve za napajanje svemirskih termo kontrolnih sistema. Toplotna provodljivost nanofluida zavisi od koncentracije, veličine, oblika, površinske hemije i stanja agregacije konstitutivnih nanočestica. Istraženi su efekti koncentracije utovara nanočestica i odnosa širina/visina nanočestica na toplotnu provodljivost i viskoznost hladnjaka na bazi etilen glikola. Srebrni nanorodi prečnika 55 ± 12 nm i prosečne dužine 12,8 ± 8,5 μm pri koncentraciji od 0,5% zapreminom povećali su toplotnu provodljivost vode za 68%. Toplotna provodljivost etilen glikola na bazi hlađenja povećana je za 98% sa srebrnim nanorodom koji učitava koncentraciju od 0,5% zapreminom. Duži nanorodi su imali veći efekat na toplotnu provodljivost od kraćih nanoroda u istoj gustini utovara. Međutim, duži nanorodi su takođe povećali viskoznost bazne tečnosti u većoj meri od kraćih nanoroda.
(Oldenburg et al., 2007)
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi od Лаб до industrijske veličine.