نانو سیالات - آکا
گروهی جدید از سیالات که قادر به انتقال حرارت می‌باشند, نانوسیال نامیده می‌شوند. نانوسیالات به ‌وسیله پخش و منتشر کردن ذرات در اندازه‌های نانومتری در سیالات متدا

نانو سیالات

(قسمت دوم)

گروهی جدید از سیالات که قادر به انتقال حرارت می‌باشند، نانوسیال نامیده می‌شوند. نانوسیالات به ‌وسیله پخش و منتشر کردن ذرات در اندازه‌های نانومتری در سیالات متداول منتقل کننده گرما، به ‌منظور افزایش هدایت گرمایی و بهبود عملکرد انتقال حرارت، ساخته می‌شوند.

,فناوری نانو،نانو تکنولوژی،مقالات نانو

قسمت قبل

از نانوسیالات می‌توان به ‌منظور توسعه سیستم‌های کنترل حرارت در بسیاری کاربردها از جمله وسایل نقلیه سنگین استفاده نمود. کنترل حرارت یکی از عوامل کلیدی در فناوری‌‌های مربوط به محصولاتی مانند پیل‌ سوختی و وسایل نقلیه دوگانه سوز– الکتریکی می‌باشد که بیشتر آنها تحت دماهای عمدتاً کمتر از دمای موتورهای احتراقی داخلی متداول، عمل می‌کنند. بنابراین نیاز مبرمی به توسعه سیالات انتقال ‌دهنده حرارت با هدایت گرمایی خیلی بالا و نیز انتقال این فناوری به صنایع خودرو وجود دارد.

از ویژگی‌های کلیدی نانوسیالات که تاکنون کشف شده‌‌اند می‌توان هدایت‌های گرمایی بسیار بالاتر از آنچه که سوسپانسیون‌های مرسوم از خود نشان داده بودند، وجود نسبت غیر خطی میان هدایت گرمایی و غلظت نانولوله‌های کربنی در نانوسیالات و نیز وابستگی شدید هدایت گرمایی به دما و افزایش چشمگیر در شار حرارتی بحرانی را نام برد.

از جمله عوامل انتقال حرارت در نانوسیالات، عبارتند از: حرکت نانوذرات، سطح مولکولی لایه‌ای مایع در سطح مشترک مایع با ذرات، انتقال حرارت پرتابه‌ای در نانوذرات و تأثیر خوشه‌ای شدن نانوذرات از جمله عوامل انتقال حرارت در نانوسیالات می‌باشند.

 

هدایت حرارتی نانوسیال

از آنجا که نانوسیال جزو مواد مرکب و کامپوزیتی محسوب می‌شود، هدایت حرارتی آن به وسیله تئوری متوسط مۆثر به دست می‌آید که به وسیله موسوتی، کلازیوس، ماکسول و لورانزا در قرن 19 به دست آمد.

اگر از تأثیرات سطح مشترک نانوذرات کروی صرف‌نظر شود، در مقادیر بسیار اندک نانوذرات [f=جزء حجمی نانوذرات] همه مدل‌های منتج از تئوری متوسط مۆثر، حل یکسانی دارند. در مواردی که نانوذرات دارای هدایت حرارتی بالایی باشد پیش‌بینی می‌شود که افزایش هدایت حرارتی نانوسیال3* f خواهد شد که این پیش‌بینی، تخمین خوبی برای مواردی است که هدایت ذرات، بیشتر از 20 برابر هدایت حرارتی سیال باشد.

,فناوری نانو،نانو تکنولوژی،مقالات نانو

بسیاری از تحقیقات تطابق خوبی با این پیش‌بینی دارد، از جمله می‌توان به تحقیقات زیر اشاره کرد: نانوسیال کاربید سیلیکون با اندازه 26 نانومتر و نانوسیال آلومینا- آب و آلومینا- اتیلن گلیکول.

مقاومت سطح مشترک نانوذرت و سیال اطراف آن پیش‌بینی این تئوری را کاهش می‌دهد؛ البته هر چه ذرات ریزتر باشند این مقاومت کاهش پیدا می‌کند. در غلظت‌های بالای نانوذر‌ات. اگر توده‌های نانوذره کوچک باشد، تئوری متوسط مۆثر خوب جواب می‌دهد؛ زیرا توده نانوذرات فضای بیشتری نسبت به نانوذر‌ات منفرد اشغال می‌کند و بنابراین جزء حجمی توده بیشتر از نانوذرات منفرد است.  در توده‌های متراکم نانوذرات، دانسیته نسبی تقریباً 0 6 درصد است و در مواردی که توده‌‌ها از نظر وضعیت ساختمانی بازتر باشد، افزایش بیشتری را مشاهده می‌کنیم  که نتایج آزمایشی نیز همین را نشان می‌دهد؛ البته هدایت حرارتی نانوذرات توده‌ای، کوچک‌تر از ذر‌ات منفرد است؛ البته عامل مهمی در مقابل هدایت حرارتی بالای نانوذرات نیست.

محققان هم‌اکنون از یک روش یک مرحله‌ای برای تولید نانوسیالات بر مبنای نانوذرات فلزی و یک روش دومرحله‌ای برای تولید نانوسیالات بر مبنای نانوذرات اکسیدی، استفاده می‌کنند که هر دو شیوه، روش‌های نسبتاَ آسان و اقتصادی برای تولید نانوسیالات هستند

نانوسیالات و کامیون های پیشرفته

به علت نیاز به موتورهایی با نیروی بیشتر، تولید کنندگان کامیون دائماً در جستجوی راه‌هایی برای گسترش طرح‌های آیرودینامیک در وسایل نقلیه‌شان هستند. از جمله تلاش‌ها در این زمینه معطوف به کاهش مقدار انرژی مورد نیاز جهت مقابله با مقاومت‌های بالا می‌باشد. در یک کامیون سنگین معمولی، با سرعت 110 کیلومتر در ساعت، در حدود 65 درصد کل بازده موتور، صرف غلبه بر کشش‌های آیرودینامیک می‌شود که یکی از دلایل بزرگ این امر مقاومت هوا می‌باشد.در سیستم‌های خنک کننده، با توجه به نوع سیال مورد استفاده رادیاتورهای متفاوتی مورد نیاز است. جهت انتقال حرارت از موتور به رادیاتور و در نهایت آزاد شدن این حرارت به محیط اطراف، به کارگیری سیالات با ظرفیت‌های گرمایی بالا ضروری می‌باشد.

,فناوری نانو،نانو تکنولوژی،مقالات نانو

این سیالات قادرند بدون افزایش دمای خودشان حرارت را جذب و سپس آن را بسیار آهسته و بدون نیاز به مقدار سیال بیشتر به محیط اطراف منتقل نمایند که این انتقال آهسته گرما به محیط، موجب بزرگی اندازه رادیاتورهای وسایل نقلیه معمولی می‌شود.

اگر سرعت انتقال حرارت توسط سیالات به‌گونه‌ای افزایش یابد، طراحی رادیاتورها آسان و مۆثرتر شده و می‌توان آنها را کوچکتر ساخت. همچنین اندازه پمپ‌‌های خنک کننده وسایل نقلیه می‌تواند کاهش یابد. موتورهای کامیون‌ها نیز می‌توانند به علت کارکردن تحت دماهای بالاتر نیروی بیشتری تولید نمایند. افزایش هدایت گرمایی خنک‌کننده‌ها نیز می‌تواند ایده‌ای مناسب برای تولید پیل‌های سوختی پیشرفته و وسایل نقلیه دوگانه سوز/الکتریکی باشد.

 

محققان هم‌اکنون از یک روش یک مرحله‌ای برای تولید نانوسیالات بر مبنای نانوذرات فلزی و یک روش دومرحله‌ای برای تولید نانوسیالات بر مبنای نانوذرات اکسیدی، استفاده می‌کنند که هر دو شیوه، روش‌های نسبتاَ آسان و اقتصادی برای تولید نانوسیالات هستند.

,فناوری نانو،نانو تکنولوژی،مقالات نانو

نانوسیالات فلزی و موتورهای خنک‌کننده

ویژگی‌های موتورهای دیزلی از نظر محدودیت در واکنش‌ها و راندمان کار به سرعت در حال دگرگون شدن است. سیستم‌های خنک‌کننده باید بتوانند تحت دماهای بالاتر کار کرده و مقادیر بیشتری گرما به محیط اطراف منتقل کنند. اندازه رادیاتورها نیز باید کاهش یابد تا تجهیزات اضافی کامیون‌ها حذف شده و رفت‌و‌آمد با آنها ساده‌تر گردد. به‌طور واقع‌بینانه، محصور کردن نیروی خنک‌کننده بیشتر در فضای کمتر، تنها با به کار بردن فناوری‌‌های جدیدی مانند نانوسیالات ممکن خواهد بود.

کاربرد دیگر این مدل‌سازی‌ها، پیش‌بینی میزان هدایت گرمایی یک نانوسیال بر مبنای غلظت، دمای عملیاتی و اندازه نانوذرات پخش شده در سیال می‌باشد. از این گذشته این امکان وجود دارد که خواص نانولایه‌هایی که روی سطح نانوذرات معلق تشکیل می‌شوند، عاملی برای افزایش بیشتر هدایت گرمایی نانوسیالات می باشد.

,فناوری نانو،نانو تکنولوژی،مقالات نانو

 

دو مکانیزم کلیدی حرکت براونی و نانولایه‌ها، توأماً از مهم‌ترین عوامل افزایش هدایت گرمایی سیالات انتقال دهنده گرما می‌باشند.

محققان در حال بررسی خطرات احتمالی نانوسیالات برای سیستم های رادیاتور می‌باشند. آنها موفق به ساخت وسیله‌ای شدند که قادر به اندازه‌گیری و آزمایش تأثیرجریان‌های خنک کننده متفاوت بر عملکرد یک رادیاتور می‌باشد.

تحقیقات آینده بیشتر بر روی جنس نانوذرات به کار‌‌رونده در ساخت نانوسیالات از جمله ذرات آلومینیوم و نانوذرات اکسید فلزی روکش شده متمرکز خواهد شد.

 

 

فرآوری: مریم نایب زاده

بخش دانش و زندگی تبیان

منبع : tebyan.net

منبع : بخش مقالات علمی آکاایران
برچسب :