Охолоджуючі рідини на основі термопровідних нанорідин
Ультразвуково синтезовані нанорідини є ефективними охолоджуючими рідинами та рідинами для теплообмінника. Термопровідні наноматеріали значно збільшують теплопередачу і здатність до розсіювання тепла. Звуковий звук добре зарекомендував себе в синтезі та функціоналізації термопровідних наночастинок, а також у виробництві стабільних високопродуктивних нанорідин для систем охолодження.
Нанофлюїдний вплив на термогідравлічні характеристики
Теплопровідність матеріалу є мірою його здатності проводити тепло. Для охолоджуючих рідин і теплоносія (також званого терморідиною або термальним маслом) бажана висока теплопровідність. Численні наноматеріали мають чудові теплопровідні властивості. Для того, щоб використовувати чудову термічну сприятливість наноматеріалів, як охолоджуючі рідини використовуються так звані нанорідини. Нанорідина — це рідина, в якій частинки нанометрового розміру суспендовані в основній рідині, як-от вода, гліколь або олія, де вони утворюють колоїдний розчин. Нанорідини можуть значно збільшувати теплопровідність у порівнянні з рідинами без наночастинок або більшими частинками. Матеріал, розмір, в'язкість, поверхневий заряд і стабільність рідини дисперсних наночастинок значно впливають на теплові характеристики нанорідин. Нанорідини швидко набувають важливого значення в програмах теплопередачі, оскільки вони демонструють чудові показники теплопередачі в порівнянні зі звичайними базовими рідинами.
Ультразвукова дисперсія є високоефективною, надійною та промислово встановленою технологією для виробництва нанорідин з високопродуктивними можливостями теплопередачі.
- Високе співвідношення поверхні: об'єму для значно вищих швидкостей передачі енергії та маси
- низька маса для дуже хорошої колоїдної стабільності
- низька інерційність, що мінімізує ерозію
Ці функції, пов'язані з нанорозміром, надають нанорідинам виняткову теплопровідність. Ультразвукова дисперсія є найефективнішим методом отримання функціоналізованих наночастинок і нанорідин.
Ультразвукові нанорідини з чудовою теплопровідністю
Численні наноматеріали – такі як ВНТ, діоксид кремнію, графен, алюміній, срібло, нітрид бору та багато інших – вже доведено, що вони підвищують теплопровідність теплоносіїв. Нижче наведено зразкові результати досліджень термопровідних нанорідин, приготованих за допомогою ультразвуку.
Виробництво нанорідини на основі алюміунію за допомогою ультразвуку
Buonomo et al. (2015) продемонстрували покращену теплопровідність нанорідин Al2O3, які були приготовані за допомогою ультразвуку.
Для того, щоб рівномірно розсіяти наночастинки Al2O3 у воді, дослідники використовували ультразвуковий апарат зондового типу Hielscher UP400S. Ультразвуково деагломеровані та дисперсні частинки алюмінію отримали розмір частинок приблизно 120 нм для всіх нанорідин – незалежно від концентрації частинок. Теплопровідність нанорідин збільшувалася при більш високих температурах в порівнянні з чистою водою. При 0,5% концентрації частинок Al2O3 при кімнатній температурі 25 ° С приріст теплопровідності становить всього близько 0,57%, але при 65 ° С це значення збільшується приблизно до 8%. При об'ємній концентрації 4% підвищення йде з 7,6% до 14,4% з підвищенням температури від 25°С до 65°С.
[пор. Буономо та ін., 2015]
Розподіл частинок за розміром нанорідин з нітриду бору на водній основі з різною концентрацією нітриду бору після ультразвуку за допомогою UP400S (a) 0,1% hBN, (b) 0,5% hBN, (c) 2% hBN
(Дослідження та графіки: © Ільхан та ін., 2016)
Виробництво нанорідини на основі нітриду бору за допомогою ультразвукового апарату
Ilhan et al. (2016) досліджували теплопровідність нанорідин на основі гексагонального нітриду бору (hBN). Для цього двоетапним методом із застосуванням ультразвуку та поверхнево-активних речовин виробляють серію добре дисперсних, стабільних нанорідин, що містять наночастинки hBN із середнім діаметром 70 нм. Ультразвуково дисперсна нанорідина hBN–вода демонструє значне збільшення теплопровідності навіть для дуже розбавлених концентрацій частинок. Ультразвукове дослідження за допомогою зондового ультразвукового апарату UP400S дозволило знизити середній розмір частинок агрегатів до діапазону 40–60 нм. Дослідники дійшли висновку, що великі та щільні агрегати нітриду бору, які спостерігалися в необробленому сухому стані, руйнуються в процесі ультразвуку та додаванні поверхнево-активної речовини. Це робить ультразвукову дисперсію ефективним методом приготування нанорідин на водній основі з різною концентрацією частинок.
[пор. Ільхан та ін., 2016]
STEM-зображення, що показує морфологію ультразвуково диспергованої нанорідини hBN на основі етиленгліколю (EG) з об'ємною концентрацією частинок 0,5%.
(Дослідження та графіки: © Ільхан та ін., 2016)
“Ультразвук є найбільш широко використовуваним процесом у літературі для підвищення стабільності нанорідин.” [Ільхан та ін., 2016] А також у промисловому виробництві ультразвукова діагностика на сьогоднішній день є найбільш ефективним, надійним та економічним методом отримання довготривалих стабільних нанорідин видатних характеристик.
Промислові ультразвукові апарати для виробництва теплоносіїв
Науково доведено, промислово встановлено – Ультразвукові апарати Hielscher для виробництва нанорідин
Ультразвукові високозсувні диспергатори - це надійні машини для безперервного виробництва високоефективних охолоджуючих рідин і теплоносіїв. Змішування з ультразвуковим приводом відоме своєю ефективністю та надійністю – Навіть при вимогливих умовах змішування дотримуються.
Устаткування Hielscher Ultrasonics дозволяє готувати нетоксичні, безпечні, деякі навіть харчові нанорідини. У той же час всі наші ультразвукові апарати високоефективні, надійні, безпечні в експлуатації та дуже міцні. Створені для роботи 24/7, навіть наші настільні та середньорозмірні ультразвукові пристрої здатні виробляти надзвичайні обсяги.
Дізнайтеся більше про ультразвукове виробництво нанорідин або зв'яжіться з нами прямо зараз, щоб отримати детальну консультацію та безкоштовну пропозицію щодо ультразвукового диспергатора!
Наведена нижче таблиця дає уявлення про приблизну потужність обробки наших ультразвукових апаратів:
| Об'єм партії | Витрата | Рекомендовані пристрої |
|---|---|---|
| Від 1 до 500 мл | Від 10 до 200 мл/хв | UP100H |
| Від 10 до 2000 мл | Від 20 до 400 мл/хв | UP200Ht, UP400St |
| 0від 1 до 20 л | 0від .2 до 4 л/хв | UIP2000HDT |
| Від 10 до 100 л | Від 2 до 10 л/хв | UIP4000HDT |
| Від 15 до 150 л | Від 3 до 15 л/хв | UIP6000HDT |
| Н.А. | Від 10 до 100 л/хв | UIP16000 |
| Н.А. | Більше | кластер UIP16000 |
Зв'яжіться з нами! / Запитайте нас!
Hielscher Ultrasonics виробляє високоефективні ультразвукові гомогенізатори для змішування, диспергування, емульгування та екстракції в лабораторних, пілотних та промислових масштабах.
Література / Список літератури
- 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, які варто знати
Чому нанорідини підходять для охолодження та теплопередачі?
Новим класом охолоджуючих рідин є нанорідини, які складаються з основної рідини (наприклад, води), яка діє як рідина-носій для нанорозмірних частинок. Спеціально розроблені наночастинки (наприклад, нанорозмірний CuO, діоксид титану оксиду алюмінію, вуглецеві нанотрубки, кремнезем або метали, такі як мідь, срібні наностержні), дисперговані в базовій рідині, можуть значно підвищити теплопередачу отриманої нанорідини. Це робить нанорідини надзвичайно високоефективними охолоджуючими рідинами.
Використання спеціально виготовлених нанорідин, що містять термопровідні наночастинки, дозволяє значно покращити передачу та розсіювання тепла; Наприклад, срібні наностержні діаметром 55±12 нм і середньою довжиною 12,8 мкм при 0,5 об.% підвищували теплопровідність води на 68%, а 0,5 об.% срібних наностержнів підвищували теплопровідність теплоносія на основі етиленгліколю на 98%. Наночастинки оксиду алюмінію на 0,1% можуть збільшувати критичний тепловий потік води на цілих 70%; Частинки утворюють на охолодженому предметі шорстку пористу поверхню, що сприяє утворенню нових бульбашок, а їх гідрофільна природа потім сприяє їх відштовхуванню, перешкоджаючи утворенню парового шару. Нанорідина з концентрацією понад 5% діє як неньютонівські рідини. (пор. (Ольденбург та ін., 2007)
Додавання наночастинок металу до охолоджуючих рідин, що використовуються в системах терморегулювання, може різко збільшити теплопровідність базової рідини. Такі металеві наночастинки-рідинні композитні матеріали називаються нанорідинами, і їх використання в якості охолоджуючих рідин має потенціал для зниження вимог до ваги та потужності систем термоконтролю космічних апаратів. Теплопровідність нанорідин залежить від концентрації, розміру, форми, хімічного складу 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 наностержні діаметром 55 ± 12 нм і середньою довжиною 12,8 ± 8,5 мкм при концентрації 0,5% за обсягом збільшили теплопровідність води на 68%. Теплопровідність теплоносія на основі етиленгліколю була збільшена на 98% при концентрації навантаження срібного наностержня 0,5% за об'ємом. Довші наностержні мали більший вплив на теплопровідність, ніж коротші наностержні при тій же щільності навантаження. Однак довші наностержні також збільшували в'язкість основної рідини більшою мірою, ніж коротші наностержні.
(Ольденбург та ін., 2007)
Hielscher Ultrasonics виробляє високоефективні ультразвукові гомогенізатори з Лабораторії до промислові розміри.