Poniższe treści są wyjaśnione w tym artykule:
- Definicja nanofluidu | co to jest nanofluid?
- Co to jest płyn bazowy?
- Jak zrobić nanofluid?
- Co to jest hybrydowy nanofluid?
- Zastosowania nanofluidu | zastosowania nanofluidu
- Rodzaje nanofluidów i ich właściwości
Definicja nanofluidu | Co to jest nanofluid?
Nanopłyn jest płynem, który składa się z płynu bazowego z zawieszonymi w nim cząstkami o rozmiarach nanometrowych (1–100 nm). Wykorzystywane w tego typu badaniach nanocząstki zbudowane są z metalu lub tlenku metalu, zwiększają przewodnictwo i konwekcję, pozwalając na większy transfer ciepła. W ciągu ostatnich kilku lat szybki postęp w nanotechnologii sprawił, że pojawiły się chłodziwa nowej generacji zwane nanociecz.
Weźmy przykład, sprawdź poniższy rysunek. Nanocząstki CuO (tlenek metalu) są dodawane w celu uzyskania nanocieczu o ułamku objętościowym 0.25% CuO. Nanocząstka jest rozproszona w wodzie destylowanej (płynie bazowym). Środek powierzchniowo czynny dodecylosiarczan sodu (SDS) jest dodawany do nanopłynu w celu zapewnienia stabilności nanocząstek.
Co to jest płyn bazowy?
Nanocząsteczki są zawieszone w zwykłym płynie chłodzącym, takim jak woda destylowana, glikol etylenowy, olej, czynniki chłodnicze itp. Ten powszechnie stosowany zwykły płyn chłodzący jest znany jako płyn bazowy.
Być może zauważyłeś podczas wymiany lub wlewania płynu chłodzącego do chłodnicy twojego samochodu. Czy pamiętasz jego kolor? Tak, jest zielony. Ten zielony płyn (chłodziwo) to glikol etylenowy.
Dowiedzmy się o oleju bazowym. Być może zauważyłeś mechanika wymieniającego olej w Twoim samochodzie lub motocyklu. Jest to olej do układów smarowania i przekładni. Ten rodzaj oleju może być płynem bazowym do przygotowania nanocieczów.
Jak zrobić nanofluid?
Przygotowanie nanociecz jest to możliwe, stosując dwie powszechnie stosowane metody. Jest przygotowywany przez dyspergowanie nanocząstek w płynie bazowym o magnetyczny mieszadło i sonikator, jak pokazano na rysunku „Przygotowanie nanopłynu: Sonicator”.
Istnieją dwa typy mieszadeł używanych do rozpraszania cząstek w płynie bazowym, jeden magnetyczny, a drugi mechaniczny. Do prawidłowej dyspersji wymagany jest również inny instrument laboratoryjny zwany ultradźwiękowym sonikatorem.
Metoda dwuetapowa
Procedura dwuetapowa jest najczęściej stosowaną metodą przygotowania nanofluidu. Chemiczne i fizyczne peocessy są wykorzystywane do produkcji suchego proszku nanocząstek.
Proszek z cząstek dodaje się do płynu bazowego. Drugim krokiem może być intensywne mieszanie siłą magnetyczną lub mieszanie ultradźwiękowe. Dwuetapowa procedura to ekonomiczna procedura wytwarzania nanopłynów w masie, ponieważ wymagania dotyczące nanopłynów rosną wraz z nowymi zastosowaniami.
Zastosowanie środka powierzchniowo czynnego w nanofluidzie
Nanocząsteczki mają dużą powierzchnię i aktywność powierzchniową, co prowadzi do agregacji. Użycie środka powierzchniowo czynnego jest wygodną metodą uzyskania dobrej stabilności. Jednak funkcjonalność środków powierzchniowo czynnych w wysokich temperaturach jest również dużym problemem, szczególnie w zastosowaniach wysokotemperaturowych.
Metoda jednoetapowa
Eastman zaproponował jednoetapową metodę kondensacji pary. Służy do przygotowania nanopłynu Cu / glikolu etylenowego (EG) w celu ograniczenia aglomeracji nanocząstek.
Stosowanie jednoetapowej metody przygotowania pozwala uniknąć rozprzestrzeniania się cząstek w płynie. W tej metodzie są pewne funkcje, które nie są potrzebne. Metoda ta eliminuje suszenie cząstek, magazynowanie materiału i rozprzestrzenianie się. Aglomeracja jest ograniczona metodą jednoetapową. zwiększa także stabilność nanocieczy.
Metoda próżniowa - SANSS
(pełna forma Zanurzony-łuk -nanocząstka -synteza-system)
Jest to jedna z metod przygotowania nanopłynów o dobrej skuteczności. W tej metodzie stosuje się różne płyny dielektryczne
Kształty nanocząstek są różnego rodzaju. Procedura dość dobrze pozwala uniknąć niepożądanej agregacji cząstek. Ta metoda ma kilka wad. W nanocieczu pozostaje jeszcze trochę reagenta.
Co to jest hybrydowy nanociecz?
Materiał hybrydowy to połączenie właściwości fizycznych i chemicznych dwóch lub więcej materiałów. Dwie lub więcej nanocząstek jest zdyspergowanych w płynie bazowym, aby uzyskać pożądane właściwości dla poszczególnych zastosowań. Wytwarzanie nanofluidu z co najmniej dwóch podobnych lub różnych nanocząstek jest popularne jako hybrydowy nanociecz. Prace nad nanofluidem hybrydowym nie są szeroko prowadzone.
Istnieje wiele eksperymentalnych badań nad hybrydowymi nanopłynami do wykonania. Powszechnie stosowanymi nanocieczami hybrydowymi są Al2O3/ Cu, Al2O3/ CNT, Cu / TiO2, CNT / Fe3O4, itd.
Hybrydowy nanofluid to nowy obszar badań dla naukowców zajmujących się inżynierią cieplną w celu uzyskania ulepszonego układu chłodzenia.
Zastosowanie nanofluidu
Nanopłyn może być wykorzystywany do różnych zastosowań. Zastosowania te nie wpływają całkowicie na transfer energii, mogą zmniejszać podstawowe zapotrzebowanie na paliwo konwencjonalne, energię elektryczną lub gaz. Przeczytajmy o kilku ważnych zastosowaniach nanocieczy
Chłodzenie urządzeń elektronicznych
Badania nad elektroniką sugerują, że zastosowanie nanofluidu może zapewnić lepszy transfer ciepła. Komora parowa wykorzystuje nanociecz dla lepszego przenoszenia ciepła.
Płyn płaszczowo-wodny w generatorze prądu
Zarządzanie przestrzenią maszynową jest głównym problemem w każdym pojeździe samochodowym. Rozmiar komponentu (chłodzenia) można zmniejszyć tylko wtedy, gdy poprawimy wydajność wymiany ciepła części. Nanofluid jest jedną z opcji poprawienia wydajności części i uzyskania zwartości.
Energia słoneczna - system energii cieplnej
Aby pochłonąć promieniowanie słoneczne, płyn roboczy przechodzi przez system energii słonecznej. The pochłonięta energia płyn jest przesyłany do wymiennika ciepła w innych celach. Energia słoneczna pochłonięta energia płyn roboczy jest zazwyczaj przenoszony do wymiennika ciepła do innych zastosowań.
Olej chłodzący w transformatorze
Transformator jest urządzeniem elektrycznym do przenoszenia mocy. Ciepło powstające w transformatorze jest pochłaniane przez olej. Jeśli dodamy nanocząsteczkę do oleju chłodzącego. Można poprawić wydajność transformatora.
Inne zastosowania nanofluidu w dziedzinie poprawy wymiany ciepła:
Proces chłodzenia
Proces chłodzenia przebiega w różnych cyklach termodynamicznych. Czynnikiem roboczym w tym procesie jest czynnik chłodniczy. Właściwości termiczne niektórych czynników chłodniczych można poprawić dzięki zastosowaniu nanocząstek.
Chłodzenie system energetyki jądrowej
Podczas rozszczepienia jądrowego powstaje ogromna ilość ciepła. Wymagane jest zapewnienie odpowiedniego chłodzenia systemu. Nano płyn jest płynem wyprzedzającym, który można wykorzystać w jądrowym układzie chłodzenia.
Rodzaje nanofluidów
Rodzaje nanocieczów zależą od zastosowania różnych rodzajów nanocząstek i płynów bazowych. Istnieją trzy rodzaje nanocząstek, takie jak czysty metal, tlenek metalu i nanocząstki na bazie węglika. Cząsteczki te są rozproszone w różnych rodzajach płynów bazowych, takich jak woda, woda / glikol etylenowy, olej, glikol etylenowy itp.
| Czysty metal | Tlenki metali | Węglik |
| Al | Al2O3 | Diament |
| Cu | CuO | grafit |
| Fe | Fe2O3, Fe3O4 | Nanorurka jednościenna |
| Ag | Ag2O | Nanorurki wielościenne |
| Zn | ZnO | |
| Ti | TiO2 |
Właściwości nanofluidu
Przewodność cieplna jest jedną z najważniejszych właściwości związanych z przenoszeniem ciepła dla nanocieczów. Ma wysoką przewodność cieplną w porównaniu ze standardową cieczą chłodzącą, jest to podstawowa cecha wielu zastosowań. Zastosowanie nanocząstek miedzi z glikolem etylenowym powoduje wzrost przewodności cieplnej o 40% w porównaniu z płynem bazowym.
Wszystkie procesy wskazują, że przewodnictwo cieplne jest podstawą prawidłowego systemu chłodzenia w dowolnych urządzeniach. W układzie chłodzenia tej poprawie wymiany ciepła przypisuje się dużą powierzchnię i wysoką przewodność cieplną.
Stosunek pola powierzchni do objętości jest głównym kryterium poprawy przewodności cieplnej. Rację tę można zwiększyć, stosując nanocząsteczki o małych rozmiarach. Przewodność cieplną zwiększa się dzięki zastosowaniu większego stężenia cząstek.
Właściwości takie jak gęstość, lepkość, ciepło właściwe, przewodność cieplna są dobrze znane w przypadku płynu bazowego. Właściwości nanofluidu można obliczyć teoretycznie na podstawie korelacji sugerowanych przez różnych badaczy. Właściwości te można również mierzyć eksperymentalnie w laboratorium wieloma instrumentami.
Gęstość nanocieczu można obliczyć za pomocą korelacji jako
Gdzie ρpi ρbfto odpowiednio gęstość nanocząstek i płyn bazowy, i фto stężenie objętościowe (% w / w) nanocząstek zdyspergowanych w płynie bazowym. Zgodnie z ideą kombinacji silnych płynów, ciepło właściwe nanocieczu jest podane przez:
Gdzie cppi cpbf, to odpowiednio ciepło właściwe nanocząstek i płynu bazowego. Lepkość nanociecza można obliczyć z następującego równania:
Kredyt Einstein 1906
a jest stała w równaniu lepkości i jej wartość wynosi 14.4150 do obliczenia lepkości. Ten wzór jest w zasadzie podany dla ruchów Browna cząstek w płynie. Jednym z dobrze znanych wzorów do obliczania przewodnictwa cieplnego nanociecza jest model Kanga, który wyraża się następująco:
Credit Hamilton i Crosser (1962)
Pytania i odpowiedzi
Co to jest nanofluid?
To płyn postępowy. Jest przygotowywany przez zdyspergowanie nanocząstek w płynie bazowym.
Co to jest płyn bazowy?
Płyn bazowy to konwencjonalna ciecz chłodząca. Służy do przygotowania nanofluidu.
Podaj przykłady niektórych powszechnie stosowanych nanocząstek do przygotowania nanopłynu.
Powszechnie stosowane nanocząstki to miedź (Cu), aluminium (Al), żelazo (Fe), tlenek glinu (Al2O3), Tlenek miedzi (CuO), Tlenek tytanu (TiO2 ), Itd..
Jakie są powszechnie stosowane metody przygotowania nanofluidu?
Istnieją dwie szeroko stosowane metody wymienione poniżej:
- Metoda dwuetapowa
- Metoda jednoetapowa
Jaka jest stabilność nanofluidu?
Stabilność można określić jako czas, przez jaki cząstka pozostaje zdyspergowana w płynie bazowym. Technicznie rzecz biorąc, bardziej stabilny nanociecz to taki, który ma mniejszą sedymentację.
Jakie jest zastosowanie środka powierzchniowo czynnego do przygotowania nanofluidu?
Środek powierzchniowo czynny jest stosowany w nanocieczu w celu zwiększenia jego stabilności. Powszechnie stosowanym środkiem powierzchniowo czynnym jest dodecylosiarczan sodu (SDS).
Dlaczego hybrydowy nanofluid stał się nowym tematem badawczym?
Indywidualne zastosowanie wymaga pożądanych właściwości materiału. Aby uzyskać prawdopodobne właściwości nanociecza, do płynu bazowego dodaje się więcej niż jedną nanocząstkę.
Dlaczego zastosowanie nanofluidu poprawia wymianę ciepła?
Nanofluid to zaawansowany płyn o wyższym przewodnictwie cieplnym, ponieważ nanocząsteczki zapewniają większą powierzchnię do przewodzenia ciepła.
W jaki sposób nanofluid może zmniejszyć rozmiar wymiennika ciepła?
Konwencjonalny płyn chłodzący używany w wymiennik ciepła wykazuje mniejszy transfer ciepła w porównaniu do nanofluidu. Zastosowanie nanocieczy wymaga proporcjonalnie mniejszych wymienników ciepła w porównaniu z konwencjonalnym chłodziwem.
Wnioski
Artykuł dotyczy podstawowego wprowadzenia nanofluidu, przygotowania nanofluidu, zastosowania nanofluidu oraz właściwości nanofluidu. Ostatnio jest to zaawansowane chłodziwo w zastosowaniach związanych z przenoszeniem ciepła. Zakres nanofluidów jest ogromny w obecnym świecie nanotechnologii. Nanofluid i jego zastosowania mogą być dobrym tematem dla studentów i naukowców do pracy nad projektem.
Aby uzyskać więcej informacji na ten temat, zapoznaj się kliknij tutaj
Więcej tematów związanych z nanofluidem i wymianą ciepła, proszę kliknij tutaj
Nazywam się Deepak Kumar Jani i robię doktorat w dziedzinie energii mechanicznej i odnawialnej. Mam pięcioletnie doświadczenie w nauczaniu i dwuletnie doświadczenie badawcze. Moje zainteresowania obejmują inżynierię cieplną, inżynierię samochodową, pomiary mechaniczne, rysunek techniczny, mechanikę płynów itp. Złożyłem patent na „Hybrydyzację zielonej energii do produkcji energii”. Opublikowałem 17 artykułów naukowych i dwie książki.
Cieszę się, że jestem częścią Lambdageeks i chciałbym w prosty sposób zaprezentować czytelnikom część mojej wiedzy specjalistycznej.
Poza pracą naukową i badaniami lubię wędrować po przyrodzie, fotografować przyrodę i budować świadomość na jej temat wśród ludzi.
Zapoznaj się także z moim kanałem na YouTubie dotyczącym „Zaproszenia z natury”