Теплоносії на основі термопровідних нанофлуїдів
Ультразвуково синтезовані нанофлуїди є ефективними теплоносіями та рідинами теплообмінника. Термопровідні наноматеріали значно підвищують тепловіддачу і тепловіддачу. Ультразвукова обробка добре зарекомендувала себе в синтезі та функціоналізації термопровідних наночастинок, а також у виробництві стабільних високоефективних нанофлуїдів для охолодження.
Нанофлуїдний вплив на термогідравлічні характеристики
Теплопровідність матеріалу - це міра його здатності проводити тепло. Для теплоносіїв і теплоносіїв (їх ще називають терморідиною або термомаслом) бажана висока теплопровідність. Численні наноматеріали мають чудові теплопровідні властивості. Для того, щоб використовувати чудову термічну сприятливість наноматеріалів, в якості охолоджуючих рідин використовуються так звані нанофлуїди. Нанофлуїди - це рідина, в якій частинки розміром з нанометр підвішені в базовій рідині, як вода, гліколь або масло, де вони утворюють колоїдний розчин. Нанофлуїди можуть значно збільшуватися в теплопровідності в порівнянні з рідинами без наночастинок або більшими частинками. Матеріал, розмір, в'язкість, поверхневий заряд і стабільність рідини дисперсних наночастинок значно впливають на теплові показники нанофлуїдів. Нанофлуїди швидко набирають значення в додатках теплообміну, оскільки вони показують чудові показники теплопередачі в порівнянні зі звичайними базовими рідинами.
Ультразвукова дисперсія є високоефективною, надійною та промислово встановленою технікою для виробництва нанофлуїдів з високопродуктивними теплообмінними здібностями.
UP400St, потужний ультразвуковий процесор потужністю 400 Вт для виробництва нанофлуїдів з чудовою теплопровідністю.
- висока поверхня: об'ємне співвідношення для значно вищих швидкостей передачі енергії та маси
- низька маса для дуже хорошої колоїдної стійкості,
- низька інерція, що мінімізує ерозію
Ці особливості, пов'язані з нанорозмірами, надають нанофлуїдам їх виняткову теплопровідність. Ультразвукова дисперсія є найбільш ефективною технікою для отримання функціоналізованих наночастинок і нанофлуїдів.
Ультразвуково вироблені нанофлуїди з чудовою теплоємністю
Численні наноматеріали – такі як CNTs, кремнезем, графен, алюміній, срібло, нітрид бору та багато інших – вже доведено підвищення теплоємності теплоносіїв. Нижче ви можете знайти зразкові результати досліджень термопровідних нанофлуїдів, приготованих під ультразвуком.
Виробництво нанофлуїдів на основі алюмінію за допомогою ультразвуку
Buonomo et al. (2015) продемонстрували поліпшену теплопровідність нанофлуїдів Al2O3, які були підготовлені під ультразвуком.
Для того, щоб рівномірно розігнати наночастинки Al2O3 у воду, дослідники використовували ультразвуковий апарат типу зонда Hielscher UP400S. Ультразвуково деагломеровані та дисперсні частинки алюмінію, отримані в розмірі частинок близько 120 нм для всіх нанофлуїдів – незалежно від концентрації частинок. Теплопровідність нанофлуїдів зростала при більш високих температурах в порівнянні з чистою водою. При 0,5% концентрації частинок Al2O3 при кімнатній температурі 25°C підвищення теплопровідності становить лише близько 0,57%, але при 65°C це значення збільшується приблизно до 8%. Для об'ємної концентрації 4% підвищення йде від 7,6% до 14,4% при підвищенні температури від 25°С до 65°С.
[пор. Буономо та ін., 2015]
Гранулометричний розподіл нанофлуїдів нітриду бору на водній основі з різною концентрацією нітриду бору після ультразвукового дослідження з UP400S (a) 0,1% hBN, (b) 0,5% hBN, (c) 2% hBN
(Дослідження та графіки: © Ільхан та ін., 2016)
Виробництво нанофлуїдів на основі нітриду бору з використанням ультразвукової обробки
Ilhan et al. (2016) досліджував теплопровідність гексагональних нітридів бору (hBN) на основі нанофлуїдів. Для цього серія добре дисперсних, стабільних нанофлуїдів, що містять наночастинки hBN із середнім діаметром 70 нм, виробляються двоступеневим методом, що включає ультразвук і поверхнево-активні речовини, такі як додецилсульфат натрію (SDS) і полівінілпіролідон (PVP). Ультразвуково дисперсний нанофлюїд hBN-води показує значне підвищення теплопровідності навіть для дуже розбавлених концентрацій частинок. Ультразвукова обробка ультразвуковим апаратом зондового типу UP400S зменшила середній розмір часток агрегатів до діапазону 40-60 нм. Дослідники роблять висновок, що великі і щільні агрегати нітриду бору, які спостерігалися в необробленому сухому стані, розриваються за допомогою процесу ультразвуку і додавання поверхнево-активних речовин. Це робить ультразвукову дисперсію ефективним методом приготування нанофлуїдів на водній основі з різною концентрацією частинок.
[пор. Ільхан та ін., 2016]
STEM-зображення, що показує морфологію ультразвуково дисперсного нанофлюїду на основі етиленгліколю (EG) hBN з концентрацією об'єму частинок 0,5%.
(Дослідження та графіки: © Ільхан та ін., 2016)
“Ультразвук є найбільш широко використовуваним процесом у літературі для підвищення стабільності нанофлуїдів.” [Ільхан та ін., 2016] А також у промисловому виробництві ультразвукова обробка в даний час є найефективнішою, надійною та економічною технікою для отримання довгострокових стабільних нанофлуїдів видатної продуктивності.
Промислові ультразвукові агенти для виробництва охолоджуючої рідини
Науково доведений, промислово встановлений – Hielscher ультраакукатори для виробництва нанофлуїдів
Ультразвукові високозсувні дисперси є надійними машинами для безперервного виробництва високопродуктивних теплоносіїв і теплоносіїв. Ультразвукове змішування відоме своєю ефективністю та надійністю – навіть при вимогливості застосовуються умови змішування.
Hielscher Ультразвукове обладнання дозволяє готувати безтоксичні, безпечні, деякі навіть харчові нанофлуїди. У той же час всі наші ультразвукові апарати високоефективні, надійні, безпечні в експлуатації та дуже надійні. Побудовані для роботи 24/7, навіть наші стендові та середні ультразвукові апарати здатні виробляти чудові обсяги.
Дізнайтеся більше про ультразвукове виробництво нанофлуїдів або зв'яжіться з нами прямо зараз, щоб отримати поглиблену консультацію та безкоштовну пропозицію щодо ультразвукового диспергатора!
У таблиці нижче наведено приблизну потужність обробки наших ультразвукових пристроїв:
| пакетний Обсяг | швидкість потоку | Рекомендовані пристрої |
|---|---|---|
| Від 1 до 500мл | Від 10 до 200мл / хв | UP100H |
| Від 10 до 2000мл | Від 20 до 400мл / хв | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 до 20 л | 0.2 до 4л / хв | UIP2000hdT |
| Від 10 до 100 л | Від 2 до 10 л / хв | UIP4000hdT |
| від 15 до 150л | від 3 до 15 л/хв | UIP6000hdT |
| застосовується | Від 10 до 100 л / хв | UIP16000 |
| застосовується | більший | кластер UIP16000 |
Зв'яжіться з нами! / Запитати нас!
Hielscher Ultrasonics виробляє високоефотозні ультразвукові гомогенізатори для змішування застосувань, дисперсії, емульгування та екстракції в лабораторних, пілотних і промислових масштабах.
Література/довідники
- 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.
Факти варті знати
Чому нанофлуїди корисні для охолодження та теплообміну?
Новий клас охолоджуючих рідин - це нанофлуїди, які складаються з базової рідини (наприклад, води), яка діє як рідина-носій для нанорозмірних частинок. Спеціально розроблені наночастинки (наприклад, нанорозмірний CuO, діоксид глинозему титану, вуглецеві нанотрубки, кремнезем або метали, такі як мідь, срібні нанороди), дисперговані в базову рідину, можуть значно підвищити тепловіддачу одержуваного нанофлуїду. Це робить нанофлуїди надзвичайними високопродуктивними охолоджуючими рідинами.
Використання спеціально виготовлених нанофлуїдів, що містять термопровідні наночастинки, дозволяють значно поліпшити теплообмін і розсіювання; наприклад, срібні нанороди діаметром 55±12 нм і середньою довжиною 12,8 мкм при 0,5 об.% підвищили теплопровідність води на 68%, а 0,5 об.% срібних нанородів підвищили теплопровідність теплоносія на основі етиленгліколю на 98%. Наночастинки глинозему на 0,1% можуть збільшити критичний тепловий потік води на цілих 70%; Частинки утворюють на охолодженому об'єкті шорстку пористу поверхню, що сприяє утворенню нових бульбашок, а їх гідрофільна природа потім допомагає відштовхувати їх, перешкоджаючи утворенню парового шару. Нанофлуїд з концентрацією більше 5% діє як не-ньютонівські рідини. (пор. (Ольденбург та ін., 2007)
Додавання наночастинок металу в теплоносії, що використовуються в системах теплового контролю, може різко підвищити теплопровідність базової рідини. Такі металеві наночастинки-рідинні композитні матеріали називаються нанофлуїдами, і їх використання в якості теплоносіїв має потенціал для зниження вагових і енергетичних потреб систем теплового контролю космічних апаратів. Теплопровідність нанофлуїдів залежить від концентрації, розміру, форми, хімії поверхні та агрегатного стану складових наночастинок. Досліджено вплив концентрації навантаження наночастинок та співвідношення сторін наночастинок на теплопровідність та в'язкість теплоносіїв на основі води та етиленгліколю. Срібні нанороди діаметром 55 ± 12 нм і середньою довжиною 12,8 ± 8,5 мкм при концентрації 0,5% за об'ємом підвищували теплопровідність води на 68%. Теплопровідність теплоносія на основі етиленгліколю була збільшена на 98% при концентрації навантаження нанорода срібла 0,5% за об'ємом. Довші нанороди мали більший вплив на теплопровідність, ніж коротші нанороди при тій же щільності навантаження. Однак довші нанороди також збільшили в'язкість базової рідини в більшій мірі, ніж більш короткі нанороди.
(Ольденбург та ін., 2007)
Hielscher Ультразвук виробляє високоемоціивні ультразвукові гомогенізатори з Лабораторія до промислових розмірів.