Chất làm mát dựa trên chất lỏng nano dẫn nhiệt
Ultrasonically tổng hợp nanofluids là chất làm mát hiệu quả và chất lỏng trao đổi nhiệt. Vật liệu nano dẫn nhiệt làm tăng khả năng truyền nhiệt và tản nhiệt đáng kể. Sonication được thiết lập tốt trong quá trình tổng hợp và chức năng hóa các hạt nano dẫn nhiệt cũng như sản xuất các chất lỏng nano hiệu suất cao ổn định cho các ứng dụng làm mát.
Hiệu ứng nanofluidic trên hiệu suất nhiệt-thủy lực
Độ dẫn nhiệt của vật liệu là thước đo khả năng dẫn nhiệt của nó. Đối với chất làm mát và chất lỏng truyền nhiệt (còn gọi là chất lỏng nhiệt hoặc dầu nhiệt), độ dẫn nhiệt cao là mong muốn. Nhiều vật liệu nano cung cấp các đặc tính dẫn nhiệt tuyệt vời. Để sử dụng tính thuận lợi nhiệt vượt trội của vật liệu nano, cái gọi là chất lỏng nano được sử dụng làm chất lỏng làm mát. Chất lỏng nano là một chất lỏng, trong đó các hạt có kích thước nanomet lơ lửng trong chất lỏng cơ bản như nước, glycol hoặc dầu, nơi chúng tạo thành dung dịch keo. Chất lỏng nano có thể tăng đáng kể độ dẫn nhiệt so với chất lỏng không có hạt nano hoặc các hạt lớn hơn. Vật liệu, kích thước, độ nhớt, điện tích bề mặt và độ ổn định chất lỏng của các hạt nano phân tán ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất nhiệt của chất lỏng nano. Chất lỏng nano đang nhanh chóng trở nên quan trọng trong các ứng dụng truyền nhiệt vì chúng cho thấy hiệu suất truyền nhiệt vượt trội khi so sánh với chất lỏng gốc thông thường.
Siêu âm phân tán là một kỹ thuật hiệu quả cao, đáng tin cậy và được thiết lập công nghiệp để sản xuất chất lỏng nano với khả năng truyền nhiệt hiệu suất cao.
UP400St, bộ xử lý siêu âm mạnh mẽ 400W để sản xuất chất lỏng nano có độ dẫn nhiệt vượt trội.
- Tỷ lệ thể tích bề mặt cao cho năng lượng và tốc độ truyền khối lượng cao hơn đáng kể
- khối lượng thấp cho độ ổn định keo rất tốt
- quán tính thấp, giảm thiểu xói mòn
Các tính năng liên quan đến kích thước nano này mang lại cho chất lỏng nano độ dẫn nhiệt đặc biệt của chúng. Siêu âm phân tán là kỹ thuật hiệu quả nhất để sản xuất các hạt nano chức năng và chất lỏng nano.
Ultrasonically sản xuất Nanofluids với sự thuận lợi nhiệt vượt trội
Nhiều vật liệu nano – chẳng hạn như CNT, silica, graphene, nhôm, bạc, boron nitride, và nhiều loại khác – đã được chứng minh là làm tăng tính thuận lợi nhiệt của chất lỏng truyền nhiệt. Dưới đây, bạn có thể tìm thấy kết quả nghiên cứu mẫu mực cho chất lỏng nano dẫn nhiệt được chuẩn bị dưới ultrasonication.
Sản xuất chất lỏng nano dựa trên nhôm với siêu âm
Buonomo et al. (2015) đã chứng minh độ dẫn nhiệt được cải thiện của chất lỏng nano Al2O3, được điều chế dưới ultrasonication.
Để phân tán các hạt nano Al2O3 đồng đều vào nước, các nhà nghiên cứu đã sử dụng ultrasonicator UP400S kiểu đầu dò Hielscher. Ultrasonically deagglomerated và phân tán hạt nhôm mang lại trong một kích thước hạt khoảng 120nm cho tất cả các nanofluids – độc lập với nồng độ hạt. Độ dẫn nhiệt của chất lỏng nano đang tăng lên ở nhiệt độ cao hơn khi so sánh với nước tinh khiết. Với nồng độ hạt Al2O3 0,5% ở nhiệt độ phòng 25 ° C, sự gia tăng độ dẫn nhiệt chỉ khoảng 0,57%, nhưng ở 65 ° C, giá trị này tăng lên khoảng 8%. Đối với nồng độ thể tích 4%, sự tăng cường đi từ 7,6% lên 14,4% với nhiệt độ tăng từ 25 °C đến 65 °C.
[cf. Buonomo và cộng sự, 2015]
Phân bố kích thước hạt của chất lỏng nano boron nitride gốc nước với nồng độ boron nitride khác nhau sau khi ultrasonication với UP400S (a) 0,1% hBN, (b) 0,5% hBN, (c) 2% hBN
(Nghiên cứu và đồ thị: © Ilhan và cộng sự, 2016)
Sản xuất chất lỏng nano dựa trên Boron Nitride bằng Sonication
Ilhan et al. (2016) đã nghiên cứu độ dẫn nhiệt của các chất lỏng nano dựa trên boron nitride lục giác (hBN). Với mục đích này, một loạt các chất lỏng nano ổn định, phân tán tốt, có chứa các hạt nano hBN có đường kính trung bình 70nm, được sản xuất bằng phương pháp hai bước liên quan đến siêu âm và các chất hoạt động bề mặt như natri dodecyl sulfate (SDS) và polyvinyl pyrrolidone (PVP). Các ultrasonically phân tán hBN-nước nanofluid cho thấy độ dẫn nhiệt đáng kể tăng ngay cả đối với nồng độ hạt rất loãng. Sonication với ultrasonicator loại thăm dò UP400S làm giảm kích thước hạt trung bình của cốt liệu xuống đến 40–60 nm phạm vi. Các nhà nghiên cứu kết luận rằng các tập hợp boron nitride lớn và dày đặc, được quan sát thấy ở trạng thái khô không được điều trị, bị phá vỡ với quá trình siêu âm và bổ sung chất hoạt động bề mặt. Điều này làm cho siêu âm phân tán một phương pháp hiệu quả để chuẩn bị các chất lỏng nano gốc nước với nồng độ hạt khác nhau.
[cf. Ilhan và cộng sự, 2016]
Hình ảnh STEM cho thấy hình thái của một ultrasonically phân tán một ethylene glycol (EG)- dựa trên hBN nanofluid với 0,5% thể tích hạt.
(Nghiên cứu và đồ thị: © Ilhan và cộng sự, 2016)
“Ultrasonication là quá trình sử dụng rộng rãi nhất trong tài liệu để tăng sự ổn định của chất lỏng nano.” [Ilhan và cộng sự, 2016] Và cũng trong sản xuất công nghiệp, sonication ngày nay là kỹ thuật hiệu quả, đáng tin cậy và kinh tế nhất để có được chất lỏng nano ổn định lâu dài có hiệu suất vượt trội.
Ultrasonicators công nghiệp cho sản xuất chất làm mát
Khoa học đã được chứng minh, thành lập công nghiệp – Hielscher Ultrasonicators cho sản xuất nanofluid
Bộ phân tán cắt cao siêu âm là máy đáng tin cậy để sản xuất liên tục các chất làm mát hiệu suất cao và chất lỏng truyền nhiệt. Ultrasonically-driven trộn được biết đến với hiệu quả và độ tin cậy của nó – ngay cả khi các điều kiện trộn đòi hỏi áp dụng.
Hielscher Ultrasonics thiết bị cho phép chuẩn bị không độc hại, không nguy hiểm, một số thậm chí cả thực phẩm cấp nanofluids. Đồng thời, tất cả các ultrasonicators của chúng tôi có hiệu quả cao, đáng tin cậy, an toàn để hoạt động, và rất mạnh mẽ. Được xây dựng cho hoạt động 24/7, ngay cả băng ghế dự bị của chúng tôi và ultrasonicators kích thước trung bình có khả năng sản xuất khối lượng đáng chú ý.
Đọc thêm về sản xuất siêu âm của chất lỏng nano hoặc liên hệ với chúng tôi ngay bây giờ để được tư vấn chuyên sâu và một đề xuất miễn phí cho một bộ phân tán siêu âm!
Bảng dưới đây cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của máy siêu âm:
| batch Khối lượng | Tốc độ dòng | Thiết bị khuyến nghị |
|---|---|---|
| 1 đến 500ml | 10 đến 200mL / phút | UP100H |
| 10 đến 2000mL | 20 đến 400mL / phút | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 đến 20L | 00,2 đến 4L / phút | UIP2000hdT |
| 10 đến 100L | 2 đến 10L / phút | UIP4000hdT |
| 15 đến 150L | 3 đến 15L / phút | UIP6000hdT |
| N.A. | 10 đến 100L / phút | UIP16000 |
| N.A. | lớn hơn | Cụm UIP16000 |
Liên hệ chúng tôi! / Hỏi chúng tôi!
Hielscher Ultrasonics sản xuất hiệu suất cao siêu âm homogenizers cho các ứng dụng trộn, phân tán, nhũ tương và khai thác trên phòng thí nghiệm, thí điểm và quy mô công nghiệp.
Văn học/tài liệu tham khảo
- 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.
Sự kiện đáng biết
Tại sao chất lỏng nano lại tốt cho các ứng dụng làm mát và truyền nhiệt?
Một loại chất làm mát mới là chất lỏng nano bao gồm một chất lỏng cơ bản (ví dụ: nước), hoạt động như chất lỏng mang mầm bệnh cho các hạt có kích thước nano. Các hạt nano được thiết kế có mục đích (ví dụ: CuO có kích thước nano, alumina titanium dioxide, ống nano carbon, silica hoặc các kim loại như đồng, nano bạc) phân tán vào chất lỏng cơ sở có thể tăng cường khả năng truyền nhiệt của chất lỏng nano thu được một cách đáng kể. Điều này làm cho chất lỏng nano trở thành chất lỏng làm mát hiệu suất cao phi thường.
Sử dụng chất lỏng nano được sản xuất đặc biệt có chứa các hạt nano dẫn nhiệt cho phép cải thiện đáng kể trong việc truyền và tản nhiệt; ví dụ: nanorods bạc có đường kính 55±12 nm và chiều dài trung bình 12,8 μm ở mức 0,5 vol.% làm tăng độ dẫn nhiệt của nước lên 68% và 0,5% nanorods bạc làm tăng độ dẫn nhiệt của chất làm mát dựa trên ethylene glycol lên 98%. Các hạt nano Alumina ở mức 0,1% có thể làm tăng dòng nhiệt tới hạn của nước lên tới 70%; Các hạt tạo thành bề mặt xốp sần sùi trên vật thể được làm mát, khuyến khích hình thành các bong bóng mới, và bản chất ưa nước của chúng sau đó giúp đẩy chúng ra xa, cản trở sự hình thành của lớp hơi. Chất lỏng nano với nồng độ hơn 5% hoạt động giống như chất lỏng không phải Newton. (cf. (Oldenburg và cộng sự, 2007)
Việc bổ sung các hạt nano kim loại vào chất làm mát được sử dụng trong các hệ thống kiểm soát nhiệt có thể làm tăng đáng kể độ dẫn nhiệt của chất lỏng cơ bản. Các vật liệu tổng hợp hạt nano-chất lỏng kim loại như vậy được gọi là chất lỏng nano và việc sử dụng chúng làm chất làm mát có khả năng làm giảm yêu cầu về trọng lượng và năng lượng của các hệ thống điều khiển nhiệt tàu vũ trụ. Độ dẫn nhiệt của chất lỏng nano phụ thuộc vào nồng độ, kích thước, hình dạng, hóa học bề mặt và trạng thái kết tập của các hạt nano cấu thành. Ảnh hưởng của nồng độ tải hạt nano và tỷ lệ khung hình của các hạt nano đến độ dẫn nhiệt và độ nhớt của chất làm mát dựa trên nước và ethylene glycol đã được nghiên cứu. Các nanorods bạc có đường kính 55 ± 12 nm và chiều dài trung bình 12,8 ± 8,5 μm ở nồng độ 0,5% theo thể tích làm tăng độ dẫn nhiệt của nước lên 68%. Độ dẫn nhiệt của chất làm mát dựa trên ethylene glycol đã tăng 98% với nồng độ tải nano bạc là 0,5% theo thể tích. Các nanorods dài hơn có ảnh hưởng lớn hơn đến độ dẫn nhiệt so với các nanorods ngắn hơn ở cùng mật độ tải. Tuy nhiên, các nanorods dài hơn cũng làm tăng độ nhớt của chất lỏng cơ bản ở mức độ lớn hơn so với các nanorods ngắn hơn.
(Oldenburg và cộng sự, 2007)
Hielscher Ultrasonics sản xuất homogenizers siêu âm hiệu suất cao từ Phòng thí nghiệm đến kích thước công nghiệp.