สารหล่อเย็นที่ใช้ของไหลนาโนนำความร้อน
ของไหลนาโนที่สังเคราะห์ด้วยอัลตราโซนิกเป็นสารหล่อเย็นและของเหลวสำหรับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่มีประสิทธิภาพ วัสดุนาโนที่นำความร้อนช่วยเพิ่มความสามารถในการถ่ายเทและระบายความร้อนได้อย่างมีนัยสำคัญ การใช้คลื่นอัลตราโซนิกเป็นวิธีที่ได้รับการยอมรับอย่างแพร่หลายในการสังเคราะห์และปรับหมู่ฟังก์ชันของอนุภาคนาโนที่นำความร้อน ตลอดจนในการผลิตของไหลนาโนสมรรถนะสูงที่มีเสถียรภาพสำหรับงานหล่อเย็น
ผลของของไหลนาโนต่อสมรรถนะทางความร้อนและชลศาสตร์
ค่าการนำความร้อนของวัสดุเป็นตัววัดความสามารถในการนำความร้อนของวัสดุนั้น สำหรับสารหล่อเย็นและของไหลถ่ายเทความร้อน (เรียกอีกอย่างว่าของไหลความร้อนหรือน้ำมันถ่ายเทความร้อน) ค่าการนำความร้อนสูงเป็นคุณสมบัติที่ต้องการ วัสดุนาโนหลายชนิดมีคุณสมบัติในการนำความร้อนที่ดีมาก เพื่อใช้ประโยชน์จากความสามารถในการนำความร้อนที่เหนือกว่าของวัสดุนาโน จึงใช้สิ่งที่เรียกว่าของไหลนาโนเป็นของเหลวหล่อเย็น ของไหลนาโนคือของไหลที่มีอนุภาคขนาดนาโนเมตรแขวนลอยอยู่ในของไหลพื้นฐาน เช่น น้ำ ไกลคอล หรือน้ำมัน โดยอนุภาคเหล่านี้ก่อตัวเป็นสารละลายคอลลอยด์ ของไหลนาโนสามารถมีค่าการนำความร้อนเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับของเหลวที่ไม่มีอนุภาคนาโนหรืออนุภาคขนาดใหญ่กว่า วัสดุ ขนาด ความหนืด ประจุที่ผิว และเสถียรภาพของของไหลของอนุภาคนาโนที่กระจายตัวส่งผลต่อสมรรถนะทางความร้อนของของไหลนาโนอย่างมีนัยสำคัญ ของไหลนาโนกำลังมีความสำคัญเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วในงานถ่ายเทความร้อน เนื่องจากมีสมรรถนะในการถ่ายเทความร้อนเหนือกว่าของไหลพื้นฐานทั่วไป
การกระจายตัวด้วยอัลตราโซนิกเป็นเทคนิคที่มีประสิทธิภาพสูง เชื่อถือได้ และได้รับการยอมรับในอุตสาหกรรม สำหรับผลิตของไหลนาโนที่มีความสามารถในการถ่ายเทความร้อนสมรรถนะสูง
- อัตราส่วนพื้นที่ผิว : ปริมาตรสูง ซึ่งทำให้อัตราการถ่ายเทพลังงานและมวลสูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ
- มวลต่ำ ซึ่งทำให้มีเสถียรภาพของคอลลอยด์ดีมาก
- ความเฉื่อยต่ำ ซึ่งช่วยลดการสึกกร่อนให้เหลือน้อยที่สุด
คุณลักษณะที่เกี่ยวข้องกับขนาดนาโนเหล่านี้ทำให้ของไหลนาโนมีค่าการนำความร้อนที่โดดเด่น การกระจายตัวด้วยอัลตราโซนิกเป็นเทคนิคที่มีประสิทธิภาพสูงที่สุดในการผลิตอนุภาคนาโนที่ผ่านการปรับหมู่ฟังก์ชันและของไหลนาโน
ของไหลนาโนที่ผลิตด้วยอัลตราโซนิกและมีความสามารถในการนำความร้อนเหนือกว่า
วัสดุนาโนหลายชนิด – เช่น CNTs ซิลิกา กราฟีน อะลูมิเนียม เงิน โบรอนไนไตรด์ และวัสดุอื่น ๆ อีกมากมาย – ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าช่วยเพิ่มความสามารถในการนำความร้อนของของไหลถ่ายเทความร้อน ด้านล่างนี้เป็นตัวอย่างผลการวิจัยเกี่ยวกับของไหลนาโนที่นำความร้อนซึ่งเตรียมโดยใช้คลื่นอัลตราโซนิก
การผลิตของไหลนาโนที่ใช้อะลูมิเนียมด้วยอัลตราซาวนด์
Buonomo et al. (2015) แสดงให้เห็นค่าการนำความร้อนที่เพิ่มขึ้นของของไหลนาโน Al2O3 ซึ่งเตรียมโดยใช้คลื่นอัลตราโซนิก
เพื่อกระจายอนุภาคนาโน Al2O3 ในน้ำอย่างสม่ำเสมอ นักวิจัยใช้เครื่องอัลตราโซนิกชนิดโพรบ UP400S ของ Hielscher อนุภาคอะลูมิเนียมที่ผ่านการสลายกลุ่มอนุภาคและกระจายตัวด้วยอัลตราโซนิกมีขนาดอนุภาคประมาณ 120 nm ในของไหลนาโนทั้งหมด – โดยไม่ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของอนุภาค ค่าการนำความร้อนของของไหลนาโนเพิ่มขึ้นที่อุณหภูมิสูงขึ้นเมื่อเทียบกับน้ำบริสุทธิ์ เมื่อความเข้มข้นของอนุภาค Al2O3 เท่ากับ 0.5% ที่อุณหภูมิห้อง 25°C ค่าการนำความร้อนเพิ่มขึ้นเพียงประมาณ 0.57% แต่ที่ 65°C ค่านี้เพิ่มขึ้นเป็นประมาณ 8% สำหรับความเข้มข้นโดยปริมาตร 4% การเพิ่มขึ้นของค่าการนำความร้อนเปลี่ยนจาก 7.6% เป็น 14.4% เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นจาก 25°C เป็น 65°C
[cf. Buonomo et al., 2015]
การกระจายขนาดอนุภาคของของไหลนาโนโบรอนไนไตรด์ที่ใช้น้ำเป็นของไหลพื้นฐานและมีความเข้มข้นของโบรอนไนไตรด์ต่างกัน หลังการใช้คลื่นอัลตราโซนิกด้วย UP400S (a) 0.1% hBN, (b) 0.5% hBN, (c) 2% hBN
(การศึกษาและกราฟ: © Ilhan et al., 2016)
การผลิตของไหลนาโนที่ใช้โบรอนไนไตรด์ด้วยคลื่นอัลตราโซนิก
Ilhan et al. (2016) ศึกษาค่าการนำความร้อนของของไหลนาโนที่ใช้โบรอนไนไตรด์ชนิดเฮกซะโกนัล (hBN) เพื่อการนี้ จึงผลิตของไหลนาโนชุดหนึ่งที่กระจายตัวได้ดีและมีเสถียรภาพ โดยมีอนุภาคนาโน hBN ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเฉลี่ย 70 nm ด้วยวิธีสองขั้นตอนที่ใช้คลื่นอัลตราโซนิกและสารลดแรงตึงผิว เช่น sodium dodecyl sulfate (SDS) และ polyvinyl pyrrolidone (PVP) ของไหลนาโน hBN–น้ำที่กระจายตัวด้วยอัลตราโซนิกมีค่าการนำความร้อนเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ แม้ที่ความเข้มข้นของอนุภาคเจือจางมาก การใช้คลื่นอัลตราโซนิกด้วยเครื่องอัลตราโซนิกชนิดโพรบ UP400S ลดขนาดอนุภาคเฉลี่ยของกลุ่มอนุภาคลงมาอยู่ในช่วง 40–60 nm นักวิจัยสรุปว่ากลุ่มอนุภาคโบรอนไนไตรด์ขนาดใหญ่และหนาแน่นที่สังเกตพบในสภาพแห้งที่ยังไม่ผ่านการปรับสภาพ ถูกทำให้แตกตัวด้วยกระบวนการอัลตราโซนิกและการเติมสารลดแรงตึงผิว จึงทำให้การกระจายตัวด้วยอัลตราโซนิกเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพสำหรับเตรียมของไหลนาโนที่ใช้น้ำเป็นของไหลพื้นฐานและมีความเข้มข้นของอนุภาคต่างกัน
[cf. Ilhan et al., 2016]
ภาพ STEM แสดงสัณฐานวิทยาของของไหลนาโน hBN ที่ใช้เอทิลีนไกลคอล (EG) เป็นของไหลพื้นฐานและกระจายตัวด้วยอัลตราโซนิก โดยมีความเข้มข้นของอนุภาคโดยปริมาตร 0.5%
(การศึกษาและกราฟ: © Ilhan et al., 2016)
“การใช้คลื่นอัลตราโซนิกเป็นกระบวนการที่ใช้แพร่หลายที่สุดในวรรณกรรมวิชาการเพื่อเพิ่มเสถียรภาพของของไหลนาโน” [Ilhan et al., 2016] และในการผลิตระดับอุตสาหกรรม ปัจจุบันการใช้คลื่นอัลตราโซนิกก็เป็นเทคนิคที่มีประสิทธิผล เชื่อถือได้ และประหยัดที่สุดในการผลิตของไหลนาโนที่มีเสถียรภาพในระยะยาวและมีสมรรถนะโดดเด่น
เครื่องอัลตราโซนิกสำหรับอุตสาหกรรมเพื่อการผลิตสารหล่อเย็น
ได้รับการพิสูจน์ทางวิทยาศาสตร์และได้รับการยอมรับในอุตสาหกรรม – เครื่องอัลตราโซนิกของ Hielscher สำหรับการผลิตของไหลนาโน
เครื่องกระจายตัวด้วยอัลตราโซนิกที่ให้แรงเฉือนสูงเป็นเครื่องจักรที่เชื่อถือได้สำหรับการผลิตสารหล่อเย็นและของไหลถ่ายเทความร้อนสมรรถนะสูงอย่างต่อเนื่อง การผสมที่ขับเคลื่อนด้วยอัลตราโซนิกเป็นที่รู้จักในด้านประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือ – แม้ในสภาวะการผสมที่มีข้อกำหนดสูง
อุปกรณ์ของ Hielscher Ultrasonics ช่วยให้เตรียมของไหลนาโนที่ไม่เป็นพิษ ไม่เป็นอันตราย และบางชนิดยังได้มาตรฐานสำหรับใช้กับอาหารได้ด้วย ในขณะเดียวกัน เครื่องอัลตราโซนิกทั้งหมดของเรามีประสิทธิภาพสูง เชื่อถือได้ ใช้งานได้อย่างปลอดภัย และทนทานมาก เครื่องของเราออกแบบมาสำหรับการทำงาน 24/7 โดยแม้แต่เครื่องอัลตราโซนิกแบบตั้งโต๊ะและขนาดกลางก็สามารถผลิตได้ในปริมาณมากอย่างโดดเด่น
อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับการผลิตของไหลนาโนด้วยอัลตราโซนิก หรือติดต่อเราตอนนี้เพื่อรับคำปรึกษาเชิงลึกและข้อเสนอสำหรับเครื่องกระจายตัวด้วยอัลตราโซนิกโดยไม่เสียค่าใช้จ่าย!
ตารางด้านล่างแสดงกำลังการประมวลผลโดยประมาณของเครื่องอัลตราโซนิกของเรา:
| ปริมาตรต่อชุด | อัตราการไหล | อุปกรณ์ที่แนะนำ |
|---|---|---|
| 1 ถึง 500mL | 10 ถึง 200mL/min | UP100H |
| 10 ถึง 2000mL | 20 ถึง 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 ถึง 20L | 0.2 ถึง 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 ถึง 100L | 2 ถึง 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 ถึง 150L | 3 ถึง 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 ถึง 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | สูงกว่า | กลุ่มเครื่อง UIP16000 |
ติดต่อเรา! / สอบถามเรา!
Hielscher Ultrasonics ผลิตเครื่องโฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิกสมรรถนะสูงสำหรับงานผสม การกระจายตัว การทำอิมัลชัน และการสกัด ในระดับห้องปฏิบัติการ ระดับนำร่อง และระดับอุตสาหกรรม
วรรณกรรม / เอกสารอ้างอิง
- 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.
ข้อเท็จจริงที่ควรรู้
เหตุใดของไหลนาโนจึงเหมาะสำหรับงานหล่อเย็นและถ่ายเทความร้อน?
ของไหลนาโนเป็นสารหล่อเย็นประเภทใหม่ ซึ่งประกอบด้วยของไหลพื้นฐาน (เช่น น้ำ) ที่ทำหน้าที่เป็นของเหลวพาหะสำหรับอนุภาคขนาดนาโน อนุภาคนาโนที่ออกแบบมาเพื่อวัตถุประสงค์เฉพาะ (เช่น CuO ขนาดนาโน อะลูมินา ไทเทเนียมไดออกไซด์ ท่อนาโนคาร์บอน ซิลิกา หรือโลหะ เช่น ทองแดง แท่งนาโนเงิน) ที่กระจายตัวในของไหลพื้นฐานสามารถเพิ่มความสามารถในการถ่ายเทความร้อนของของไหลนาโนที่ได้อย่างมีนัยสำคัญ จึงทำให้ของไหลนาโนเป็นของเหลวหล่อเย็นที่มีสมรรถนะสูงเป็นพิเศษ
การใช้ของไหลนาโนที่ผลิตขึ้นโดยเฉพาะและมีอนุภาคนาโนที่นำความร้อนช่วยให้การถ่ายเทและระบายความร้อนดีขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ เช่น แท่งนาโนเงินที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 55±12 nm และความยาวเฉลี่ย 12.8 µm ที่ความเข้มข้น 0.5 vol.% เพิ่มค่าการนำความร้อนของน้ำได้ 68% และแท่งนาโนเงินที่ความเข้มข้น 0.5 vol.% เพิ่มค่าการนำความร้อนของสารหล่อเย็นที่ใช้เอทิลีนไกลคอลเป็นของไหลพื้นฐานได้ 98% อนุภาคนาโนอะลูมินาที่ความเข้มข้น 0.1% สามารถเพิ่มฟลักซ์ความร้อนวิกฤตของน้ำได้มากถึง 70% โดยอนุภาคก่อตัวเป็นพื้นผิวขรุขระที่มีรูพรุนบนวัตถุที่ถูกทำให้เย็น ซึ่งส่งเสริมการเกิดฟองใหม่ และสมบัติชอบน้ำของอนุภาคยังช่วยผลักฟองออกไป จึงขัดขวางการเกิดชั้นไอน้ำ ของไหลนาโนที่มีความเข้มข้นมากกว่า 5% มีพฤติกรรมเช่นเดียวกับของไหลนอนนิวโทเนียน (cf. (Oldenburg et al., 2007)
การเติมอนุภาคนาโนโลหะลงในสารหล่อเย็นที่ใช้ในระบบควบคุมความร้อนสามารถเพิ่มค่าการนำความร้อนของของไหลพื้นฐานได้อย่างมาก วัสดุคอมโพสิตของอนุภาคนาโนโลหะกับของไหลเหล่านี้เรียกว่าของไหลนาโน และการใช้เป็นสารหล่อเย็นมีศักยภาพในการลดน้ำหนักและความต้องการกำลังของระบบควบคุมความร้อนในยานอวกาศ ค่าการนำความร้อนของของไหลนาโนขึ้นอยู่กับความเข้มข้น ขนาด รูปร่าง เคมีพื้นผิว และสถานะการรวมกลุ่มของอนุภาคนาโนที่เป็นองค์ประกอบ มีการศึกษาผลของความเข้มข้นของอนุภาคนาโนที่เติมและอัตราส่วนมิติของอนุภาคนาโนต่อค่าการนำความร้อนและความหนืดของสารหล่อเย็นที่ใช้น้ำและเอทิลีนไกลคอลเป็นของไหลพื้นฐาน แท่งนาโนเงินที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 55 ± 12 nm และความยาวเฉลี่ย 12.8 ± 8.5 μm ที่ความเข้มข้น 0.5% โดยปริมาตร เพิ่มค่าการนำความร้อนของน้ำได้ 68% ค่าการนำความร้อนของสารหล่อเย็นที่ใช้เอทิลีนไกลคอลเป็นของไหลพื้นฐานเพิ่มขึ้น 98% เมื่อเติมแท่งนาโนเงินที่ความเข้มข้น 0.5% โดยปริมาตร แท่งนาโนที่ยาวกว่ามีผลต่อค่าการนำความร้อนมากกว่าแท่งนาโนที่สั้นกว่าเมื่อมีความหนาแน่นของอนุภาคที่เติมเท่ากัน อย่างไรก็ตาม แท่งนาโนที่ยาวกว่ายังเพิ่มความหนืดของของไหลพื้นฐานมากกว่าแท่งนาโนที่สั้นกว่าด้วย
(Oldenburg et al., 2007)
Hielscher Ultrasonics ผลิตเครื่องโฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิกสมรรถนะสูงตั้งแต่ ขนาดห้องปฏิบัติการ ไปจนถึง ขนาดอุตสาหกรรม