up
Search      menu
علم و تکنولوژی :: مقاله نانوسيالات PDF
QR code - نانوسيالات

نانوسيالات

انتقال گرما به وسيله نانوسيالات (2)

بيشترين افزايش هدايت در سوسپانسيون نانولوله هاي کربني گزارش شده است که علاوه بر هدايت حرارتي بالا، نسبت طول به قطر بالايي دارند.
از آنجا که نانولوله هاي کربني، تشکيل يک شبکه فيبري مي دهند، سوسپانسيون آنها بيشتر شبيه کامپوزيت هاي پليمري عمل مي کند. بيرکاک[۲۵] افزايش ۱۲۵ درصدي هدايت را در اپوکسي پليمر- نانولوله حاوي يک درصد نانولوله تک ديواره گزارش کرد، همچنين مشاهده کرد که با افزايش دما، هدايت حرارتي افزايش مي يابد.
چوي[۳] براي سوسپانسيون يک درصد نانولوله هاي چند ديواره در روغن [شکل ۳ ب] ۱۶ درصد افزايش هدايت حرارتي گزارش کرده است. گزارش ها و تحقيقات مختلفي در زمينه افزايش هدايت حرارتي سوسپانسيون نانولوله کربني ارائه شده است؛ زاي [۲۶] افزايش ده تا ۲۰ درصدي هدايت حرارتي را در سوسپانسيون يک درصد حجمي با سيال آب گزارش کرده است. ون و دينگ [۲۷] نيز ۲۵درصد افزايش هدايت را در سوسپانسيون ۸ ۰ درصد حجمي در آب گزارش کرده است. اسيل [۲۳] بيشترين افزايش را ۳۸ درصد براي سوسپانسيون شش درصد حجمي در آب گزارش کرده است.
ون و دينگ افزايش سريع هدايت در غلظت هاي حدود ۲ ۰ درصد حجمي را گزارش کرده و نشان داده است که اين افزايش از آن به بعد تقريباً ثابت مي ماند. در تمامي گزارش ها افزايش هدايت با دما مشاهده شده؛ هر چند براي دماهاي بالاتر از ۳۰ درجه سانتيگراد اين افزايش تقريباً متوقف مي شود.
● جريان، جابه جايي و جوشش
اخيراً ضرايب انتقال حرارت نانوسيال در جابه جايي آزاد و اجباري اندازه گيري شده است. داس [۱۷] آزمايش هاي تعيين خواص حرارتي جوشش را براي نانوسيال شروع کرد. يو [۶] فلاکس حرارتي بحراني نانوسيال آلومينا- آب در حال جوشش را اندازه گيري کرد و افزايش سه برابري در فلاکس حرارت بحراني (CHF) را نسبت به آب خالص گزارش کرد. در همين زمينه واسالو [۷] نانوسيال سيليکا- آب را تهيه کرد و همان افزايش سه برابري در CHF را گزارش کرد.
ضريب انتقال حرارت جابجايي آزاد علاوه بر اينکه به هدايت حرارتي بستگي دارد، به خواص ديگري مانند گرماي ويژه، دانسيته و ويسکوزيته ديناميک نيز وابسته است که البته در اين درصدهاي حجمي پايين همان طور که انتظار مي رفت و مشاهده شد، گرماي ويژه و دانسيته بسيار به سيال پايه نزديک است [۳۳].
ونگ [۳۴] ويسکوزيته آلومينا- آب را اندازه گرفت و نشان داد که هر چه ذرات بهتر و بيشتر پراکنده شوند ويسکوزيته پايين تري را مشاهده مي کنيم. وي افزايش ۳۰ درصدي در ويسکوزيته را براي سوسپانسيون سه درصد حجمي گزارش کرد که در مقايسه با نتيجه پک رچو [۳۵] سه برابر بيشتر به نظر مي رسد که نشان دهنده وابستگي ويکسوزيته به روش تهيه نانوسيال است. ژوان ولي [۳۲] ضريب اصطکاک را براي نانوسيال حاوي يک تا دو درصد ذرات مس به دست آورد و نشان دادکه اين ضريب تقريباً مشابه سيال پايه آب است. ايستمن [۳۶] نشان داد که ضريب انتقال حرارت جابه جايي اجباري سوسپانسيون ۹ ۰ درصد حجمي از نانوذرات اکسيد مس، ۱۵ درصد بيشتر از سيال پايه است.
ژوان ولي [۳۲] ضريب انتقال حرارت جابه جايي اجباري در جريان آشفته را نيز اندازه گرفتند و نشان دادند که مقدار کمي از نانوذرات مس در آب ديونيزه شده، ضريب انتقال حرارت را به صورت قابل توجهي افزايش مي دهد، به طور مثال افزودن دو درصد حجمي از نانوذرات مس به آب، حدود ۳۹ درصد انتقال حرارت آن را افزايش مي دهد.
در حالي که در تناقض با نتايج بالا، پک وچو [۳۵] کاهش ۱۲درصدي ضريب انتقال حرارت را در سوسپانسيون حاوي سه درصد حجمي از آلومينا و تيتانا در همان شرايط مشاهده کردند. پوترا [۲۸] با کار روي جابجائي آزاد، بر خلاف هدايت و جابه جايي اجباري، کاهش انتقال حرارت را مشاهده کرد. داس با [۱۷] انجام آزمايش هاي جوشش روي آلومينا- آب نشان داد که با افزايش درصد حجمي نانوذرات، بازدهي جوشش نسبت به سيال پايه کم مي شود.
وي اين کاهش را به تغيير خواص سطحي بويلر به علت ته نشيني نانوذرات روي سطح ناهموار آن نسبت داد، نه به تغيير خواص سيال. يو [۶] با اندازه گيري فلاکس حرارتي بحراني براي جوشش روي سطوح تخت و مربعي مس که در نانوسيال آب- آلومينا غوطه ور بودند، نشان داد که فلاکس حرارتي اين سيالات سه برابر آب است و اندازه متوسط حباب، افزايش و فرکانس توليد آنها کاهش مي يابد. اين نتايج را واسالو [۷] نيز تأييد کرد. وي روي نانوسيال آب - سيليکا کار مي کرد و افزايش فلاکس حرارت بحراني را براي غلظت هاي کمتر از يک هزارم درصد حجمي گزارش کرد. هنوز مدلي براي پيش بيني اين افزايش ها و فاکتورهاي مؤثر بر آن وجود ندارد.
● هدايت حرارتي نانوسيال
هدايت حرارتي نانوسيال بيشترين مطالعات را به خود اختصاص داده است. اين مقاله نيز به هدايت حرارتي در سيال ساکن پرداخته است. از آنجا که نانوسيال جزو مواد مرکب و کامپوزيتي محسوب مي شود، هدايت حرارتي آن به وسيله تئوري متوسط مؤثر به دست مي آيد که به وسيله موسوتي، کلازيوس، ماکسول و لورانزا در قرن ۱۹ به دست آمد [۳۷ و۳۸].
اگر از تأثيرات سطح مشترک نانوذرات کروي صرف نظر شود، در مقادير بسيار اندک نانوذرات [ f = جزء حجمي نانوذرات] همه مدل هاي منتج از تئوري متوسط مؤثر، حل يکساني دارند. در مواردي که نانوذرات داراي هدايت حرارتي بالايي باشد پيش بيني مي شود که افزايش هدايت حرارتي نانوسيال۳× f خواهد شد که اين پيش بيني، تخمين خوبي براي مواردي است که هدايت ذرات، بيشتر از ۲۰ برابر هدايت حرارتي سيال باشد [۳۹].
بسياري از تحقيقات تطابق خوبي با اين پيش بيني دارد، از جمله مي توان به تحقيقات زير اشاره کرد: نانوسيال کاربيد سيليکون با اندازه ۲۶ نانومتر و نانوسيال آلومينا- آب و آلومينا- اتيلن گليکول [۱۰].
مقاومت سطح مشترک نانوذرت و سيال اطراف آن پيش بيني اين تئوري را کاهش مي دهد؛ البته هر چه ذرات ريزتر باشند اين مقاومت کاهش پيدا مي کند. در غلظت هاي بالاي نانوذر ات. اگر توده هاي نانوذره کوچک باشد، تئوري متوسط مؤثر خوب جواب مي دهد؛ زيرا توده نانوذرات فضاي بيشتري نسبت به نانوذر ات منفرد اشغال مي کند و بنابراين جزء حجمي توده بيشتر از نانوذرات منفرد است. [۴۰]
در توده هاي متراکم نانوذرات، دانسيته نسبي تقريباً ۰ ۶ درصد است و در مواردي که توده ها از نظر وضعيت ساختماني بازتر باشد، افزايش بيشتري را مشاهده مي کنيم [ شکل ۴] که نتايج آزمايشي نيز همين را نشان مي دهد [۲۰]؛ البته هدايت حرارتي نانوذرات توده اي، کوچک تر از ذر ات منفرد است؛ البته عامل مهمي در مقابل هدايت حرارتي بالاي نانوذرات نيست.
● چشم انداز
در ده سال گذشته، خواص جالبي براي نانوسيالات گزارش شده است که در اين ميان، هدايت حرارتي بيشترين توجه را به خود جلب کرده است؛ ولي اخيراً خواص حرارتي ديگري نيز مورد پژوهش قرار گرفته است.
نانوسيالات را مي توان در زمينه هاي مختلفي به کاربرد، اما اين کار با موانعي روبه رو است، از جمله اينکه درباره نانوسيال چند نکته بايد بيشتر مورد توجه قرار گيرد:
▪ تطابق نداشتن نتايج تجربي در آزمايشگاه هاي مختلف؛
▪ ضعف در تعيين مشخصات سوسپانسيون نانوذرات؛
▪ نبود مدل ها و تئوري هاي مناسب براي بررسي تغيير خواص نانوسيال.
● نكات برگزيده
خواص استثنايي نانوسيالات شامل هدايت حرارتي بيشتر نسبت به سوسپانسيون هاي معمولي، رابطهٔ غيرخطي بين هدايت و غلظت مواد جامد و بستگي شديد هدايت به دما و افزايش شديد فلاکس حرارتي در منطقهٔ جوشش است.
خواص استثنايي، به همراه پايداري، روش تهيهٔ نسبتاً آسان و ويسکوزيتهٔ قابل قبول باعث شده تا نانوسيالات به عنوان يکي از مناسب ترين و قوي ترين انتخاب ها در زمينهٔ سيالات خنک کننده مطرح شوند.
مقدار کمي (حدود يک درصد حجمي) از نانوذرات مس يا نانولوله هاي کربني در اتيلن گليکول يا روغن به ترتيب افزايش ۴۰ و ۱۵۰ درصدي در هدايت حرارتي اين سيالات ايجاد مي کند.

اخيراً استفاده از نانوسيالات که در حقيقت سوسپانسيون پايداري از نانوفيبرها و نانوذرات جامد هستند، به عنوان راهبردي جديد در عمليات انتقال حرارت مطرح شده ...

اخيراً استفاده از نانوسيالات که در حقيقت سوسپانسيون پايداري از نانوفيبرها و نانوذرات جامد هستند، به عنوان راهبردي جديد در عمليات انتقال حرارت مطرح شده ...

نانوفوتونيک چيست ، چه مي‌کند و چه خواهد بود؟ با نگاهي گذرا به زيرساخت براي روشن‌شدن مفهوم و گستره نانوفوتونيك بالاجبار بايد تبييني مختصر از دو حوزه تش ...

به علوم و فناوري‌هاي مربوط يا به كار گيرنده نور و فوتون (ذره بنيادي نور) كه به برهم‌كنش‌هاي بين نور و ماه مي‌پردازند فوتونيك گفته مي‌شود . بازار جهاني ...

دانلود نسخه PDF - نانوسيالات