تعزيز نقل الحرارة في Nanofluid: 9 حقائق مهمة

نظرة عامة على الموائع النانوية

نانوفلويد هو سائل يتكون من سائل أساسي بحجم النانو. الجسيمات بحجم النانو (1 - 100 نانومتر) مشتتة في السائل الأساسي. في تطبيق تعزيز نقل الحرارة في الموائع النانوية ، يتم استخدام جزيئات نانو أكسيد المعدن أو المعدن. كما نعلم أن أكسيد المعدن والمعدن يزيد من التوصيل والحمل الحراري. في العقود القليلة الماضية ، أدى التقدم السريع في تكنولوجيا النانو إلى ظهور جيل جديد من المبردات يسمى الموائع النانوية.

إذا قمنا بتحليل التشتت العادي للسائل الصلب ، فإن الموائع النانوية لها مساحة سطح فعالة أعلى وبالتالي سطح نقل حرارة عالي الفعالية بين الجسيمات والسوائل. يتم استخدام تقنية النانو أو اعتبارها لبعض التطبيقات التي تركز على توفير المزيد من إمدادات الطاقة والتوظيفات الإنتاجية.

في حين أن العديد من هذه التطبيقات قد لا تؤثر على نقل الطاقة الحرارية بشكل مباشر ، فإن لكل منها القدرة على تقليل الحاجة إلى الطاقة الكهربائية أو وقود نواتج تقطير البترول أو الغاز الطبيعي الذي يمكن نقله بطريقة أخرى عبر نظام نقل الطاقة. قد يؤدي توليد واستخدام الطاقة الأكثر كفاءة إلى تقليل كمية أنشطة البناء والصيانة وإيقاف التشغيل.

الموصلية الحرارية

التوصيل الحراري لـ الموائع النانوية تم العثور على خاصية جذب للعديد من التطبيقات. يمكن تعريفه على أنه قدرة المادة على توصيل الحرارة أو نقلها. تم الانتهاء من العديد من الأبحاث حول هذا الموضوع

يتم رفع الموصلية الحرارية لـ 0.3٪ من جسيمات النحاس النانوية لسوائل الإيثيلين جلايكول (EG) النانوية بنسبة تصل إلى 40٪ مقارنةً بالسائل الأساسي. أكد المؤلفون أن هذه الخاصية تلعب دورًا حيويًا في بناء نظام نقل الحرارة الموفر للطاقة. الموصلية الحرارية العالية أعلى ، وتعزى مساحة سطح جزيئات النحاس النانوية إلى هذا التحسن.

ومع ذلك ، فإن نسبة السطح إلى الحجم (A / V) للجسيمات النانوية هي عامل مهيمن يؤثر على التوصيل الحراري للموائع النانوية بدلاً من التوصيل الحراري للجسيمات النانوية. يتم توسيع نسبة السطح إلى الحجم (A / V) بأحجام أقل من الجسيمات النانوية.

نقل الحرارة باستخدام موائع نانوية

أدت عمليات توليد الحرارة المرتفعة إلى زيادة الطلب على أحدث التقنيات لزيادة نقل الحرارة. تتوفر العديد من الطرق لزيادة نقل الحرارة في العمليات. 

يمكن حساب انتقال الحرارة في العملية على النحو التالي:

س = ح * أ * ∆T

Q هو معدل نقل الحرارة ، h هو معامل نقل الحرارة ، A هو منطقة نقل الحرارة الفعالة ، و T هو الفرق في درجة الحرارة. ويلاحظ أنه من خلال هذه المعادلة يمكن تعزيز نقل الحرارة من خلال:

(ط) زيادة ΔT 

(XNUMX) زيادة أ 

(XNUMX) زيادة h

يمكن أيضًا زيادة تحسينات نقل الحرارة عن طريق زيادة معامل نقل الحرارة h. من خلال تطوير طرق أكثر كفاءة لنقل الحرارة أو تحسين خصائص النقل للمواد المستخدمة في نقل الحرارة.

من صناعة النقل إلى وحدات إنتاج الطاقة ، يمكن استخدام الموائع النانوية على نطاق واسع في جميع المجالات أيضًا في أنظمة الإلكترونيات مثل المعالجات الدقيقة ، والميكانيكية الدقيقة ، والنظام الكهربائي ، ومجال التكنولوجيا الحيوية.

تحسين خصائص الموائع النانوية

في معظم الحالات ، لوحظ زيادة في التوصيل الحراري. شوهدت اتجاهات غير طبيعية في حالة اللزوجة مع الموائع النانوية. وجدت أن اللزوجة تزداد عندما تتشتت الجسيمات النانوية في السائل الأساسي.

لتركيز الحجم الأعلى ، وجد سلوك الموائع النانوية ترقق القص لاهتمام أقل بالحمل النيوتوني. تظهر العديد من الخلافات في العديد من الأعمال ، ولكن على الرغم من أنه يمكننا القول أن الحمل الحراري في حالة الموائع النانوية يزيد عن السائل الأساسي. هذه الزيادة بسبب النانو لا تعتمد على النظريات التقليدية.

على سبيل المثال ، يتم عرض خصائص الجسيمات النانوية CuO.

عقاراتأكسيد النحاس
صيغة كيميائيةCUO
اللوناسود
علم التشكُّل المورفولوجياكروي
متوسط ​​حجم الجسيمات (نانومتر)30-50
الكثافة الحقيقية (كجم / م3)6400
حرارة محددة (J / kgK)531.02
الموصلية الحرارية (w / mK)20

 لنفترض أننا نرى مائع نانوي في حالة الحمل الحراري الطبيعي. يمكن القول أن التدهور في النتائج الملحوظة في الموائع النانوية ، تؤدي زيادة تركيز الحجم إلى زيادة التدهور. يلزم إجراء المزيد من التجارب على الجزيئات المعدنية ذات التركيز المنخفض الحجم. حتى بالنسبة للحرارة المحددة ، فقد لوحظ أنها أقل من السائل الأساسي ، يلزم إجراء المزيد من البحث على حرارة معينة لأنها معلمات أساسية في مجال نقل الحرارة.

مقارنة بين الموائع النانوية المختلفة

تعتمد الموصلية الحرارية للسائل النانوي على خصائص الجسيمات المعدنية. تستخدم أنواع مختلفة من الموائع النانوية لتعزيز نقل الحرارة في المبادل الحراري (TiO2، شركة2O3، سيو2، CuO ، المدير التنفيذي2 الخ.)

هناك العديد من نتائج التجارب المتاحة لمقارنة الموائع النانوية المختلفة. دعونا نرى بعض المقارنة الرسومية لمختلف الموائع النانوية. يمكن رؤية المقارنة بين ثلاثة ماء سائل عامل ، CuO / ماء ، MgO / ماء في الشكل الموضح أدناه.

نقل الحرارة باستخدام المائع النانوي: مقارنة بين الماء ، المائع النانوي CuO و MgO nanofluid
مقارنة الماء ، المائع النانوي CuO و MgO nanofluid

النتيجة الرسومية المقدمة بين معدل نقل الحرارة (Q) ودرجة حرارة مدخل المائع النانوي. يمكن ملاحظته بسهولة من الرسم البياني للسائل النانوي CuO الذي يُظهر نقلًا فائقًا للحرارة مقارنةً بالسائل النانوي MgO والماء. تم رسم الرسم البياني لثلاث درجات حرارة مختلفة 70 و 80 و 90 درجة مئوية.

 لنأخذ مثالًا ثانيًا لفهم المزيد حول مقارنة أخرى للسائل النانوي. التمثيل الرسومي ، بما في ذلك مقارنة المياه ، Al2O3/ الماء ، يظهر CuO / الماء الشكل أدناه.

مقارنة الماء ، Al2O3 nanofluid و CuO nanofluid

 يمكن أن يكون ملحوظًا بوضوح من الرسم البياني أعلاه أن السائل النانوي CuO يؤدي معدل نقل حرارة أفضل مقارنة بالاثنين الآخرين.

الآن ، دعونا نلاحظ تحليل النتائج في جدول المعطى أدناه،

ماك هو معدل التدفق الشامل المبرد باللتر في الدقيقة (ما هو معدل التدفق الكتلي؟ راجع انقر). سالمتوسط يتم حساب معدل نقل الحرارة للمياه ، Al2O3/ الماء و CuO / الماء. وحدة معدل نقل الحرارة هي kW (kJ / s) (ما هو معدل نقل الحرارة؟ راجع انقر)

تجعلنا دراسة جدول النتائج نعرف أن المائع النانوي CuO يقوم بنقل حرارة أفضل في كل حالة من معدلات التدفق الكتلي. إذا أجرينا مقارنة التكلفة ، فإن Al2O3 nanofluid أرخص من CuO nanofluid.

فرق نقل الحرارة ليس مرتفعًا جدًا بين Al2O3 nanofluid و CuO nanofluid. لفعالية من حيث التكلفة ، فإن Al2O3 يمكن أن يكون المائع النانوي سائلًا تجاريًا لتحسين نقل الحرارة.

تطبيقات الموائع النانوية في نقل الحرارة

تم استخدام الموائع النانوية أو اعتبارها في العديد من التطبيقات لتوفير موارد واستخدامات أكثر كفاءة للطاقة. تم استخدام الموائع النانوية أو اعتبارها في العديد من التطبيقات لتوفير موارد واستخدامات أكثر كفاءة للطاقة. لا تؤثر هذه التطبيقات على نقل الطاقة تمامًا ، إلا أنها يمكن أن تقلل من المتطلبات الأولية للوقود البترولي أو الكهرباء أو وقود تقطير الزيت أو الغاز القابل للاشتعال. سيتم نقله بطريقة ما من خلال إطار نقل الطاقة. فيما يلي بعض الأمثلة على الموائع النانوية للتطبيقات الصريحة

غرفة بخار

أظهرت الأبحاث الحديثة في التبريد الإلكتروني استخدام الموائع النانوية لتعزيز معدل نقل الحرارة. حجرة البخار المستخدمة في التبريد الإلكتروني مملوءة بسائل نانوي لتحسين نقل الحرارة.

الاصطدام النفاث

الاصطدام النفاث هو التقنية الممكنة لتبريد بعض الأجهزة الإلكترونية. يتم رش الماء على جهاز امتصاص الحرارة لامتصاص المزيد من الحرارة منه. يمكن أن يؤدي استخدام المائع النانوي بدلاً من الماء إلى استخراج المزيد من الحرارة من المشتت الحراري.

المشعاع

 المبرد مضغوط نوع مبادل حراري عبر التدفق وتستخدم لتبريد المحرك. تعد إدارة المساحة قضايا مهمة في كل مركبة آلية. يمكن تقليل حجم مكونات التبريد إذا تم تحسين وظيفة المكون في نقل الحرارة. المائع النانوي هو المبرد الفائق والحديث الذي يمكنه تلبية متطلبات الاكتناز.

مجمع الطاقة الشمسية المكافئ والأجهزة الحرارية الشمسية الأخرى

يتم تدوير سائل العمل من خلال النظام الحراري الشمسي عن طريق امتصاص الإشعاع الشمسي. يتم نقل الطاقة الشمسية التي يمتصها سائل العمل بشكل عام إلى المبادل الحراري لتطبيقات أخرى. يؤدي استخدام مائع النانو كسائل عامل في النظام الحراري الشمسي إلى تحسين أدائه وكفاءته.

تبريد المحولات

محول يستخدم على نطاق واسع في المعدات الكهربائية لنقل الطاقة. يستخدم زيت التبريد في محول لامتصاص الحرارة الناتجة عن المقاومة. يمكن تحسين أداء زيت التبريد عن طريق إضافة الجسيمات النانوية في الزيت. هنا ، السائل الأساسي هو الزيت الذي يدعم استقرار المائع النانوي.

فيما يلي بعض التطبيقات الأخرى للسائل النانوي في مجال التبريد ونقل الحرارة:           

نظام التبريد

يعمل نظام التبريد على دورات ديناميكية حرارية مختلفة. المبرد هو سائل العمل في نظام التبريد. تم إجراء بعض التجارب لاستخدام الجسيمات النانوية مع مادة التبريد. لاحظ الباحثون نتائج توافق جيدة باستخدام الموائع النانوية في بعض أنظمة التبريد.

تبريد المفاعلات النووية

يتم توليد كمية هائلة من الحرارة في قلب المفاعل النووي. لتوفير التبريد الكافي ، يتم تدوير الماء من خلال نظام المكثف. يتطلب النظام النووي صيغة أفضل لنقل الحرارة لنظام التبريد. المائع النانوي هو خيار لتحسين نظام التبريد للمفاعل النووي.

تبريد نظام نقل المحرك

في محرك الاحتراق الداخلي (IC) ، يتم تدوير زيت المحرك عبر جميع أجزاء ناقل الحركة بما في ذلك علبة التروس والصمامات والعمود المرفقي والأسطوانة وما إلى ذلك. والغرض من زيت ناقل الحركة هو توفير التبريد والتشحيم لأجزاء مختلفة من محرك IC.

 أظهر السائل النانوي استقرارًا فائقًا في الزيت. يعد استخدام الموائع النانوية في نظام نقل محرك IC حقبة جديدة للباحثين.

نظام استعادة الحرارة المفقودة في الغلاية

يتم استنفاد غاز المداخن ذو درجة الحرارة المرتفعة من مدخنة في المرجل. يمكن زيادة كفاءة المرجل عن طريق امتصاص الحرارة التي يضيعها غاز المداخن. تم تركيب نظام استعادة الحرارة المهدرة لتحقيق كفاءة الطاقة. استخدام مائع النانو كسائل عامل في نظام استعادة الحرارة المهدرة لزيادة كفاءة امتصاص النظام.

تعزيز التبخر الشمسي

يستخدم التقطير الشمسي لتحويل المياه المالحة أو مياه الصرف إلى مياه عذبة صالحة للشرب. يتم تبخير المياه المالحة باستخدام الطاقة الشمسية ، ثم يتم تكثيف الماء المتبخر للحصول على مياه عذبة.

تتمتع جسيمات الكربون النانوية بقدرة امتصاص أعلى للإشعاع الشمسي. يزيد استخدام جزيئات الكربون النانوية في المياه المالحة من معدل التبخر ، مما يؤدي إلى الأداء المتفوق لتقطير المياه بالطاقة الشمسية.

الجدوى كسائل حراري

المائع النانوي هو سائل حراري متقدم لتطبيق نقل الحرارة. ينتج عن التقدم في توليد الطاقة والأجهزة الإلكترونية للطاقة كمية هائلة من الحرارة. يؤدي توليد الحرارة إلى تقليل أداء الجهاز. لتلبية هذا المطلب ، تم اختراع المائع النانوي لتعزيز نقل الحرارة وأداء الجهاز.

يُظهر السائل النانوي أداءً فائقًا في نقل الحرارة. قد يكون من المجدي استخدام الموائع النانوية في التطبيقات الصغيرة. بالنسبة للنطاق الكبير أو الصناعي ، لا يزال يتعين إجراء عدد أكبر من الأبحاث. يلعب تحضير الموائع النانوية دورًا حيويًا في جدواه. يعد استقرار الموائع النانوية عاملاً أساسيًا يؤثر على جدواها.

 يمكن أن يكون المائع النانوي عالي الاستقرار أكثر جدوى كسائل حراري.

أسئلة و أجوبة

لماذا تمتلك الموائع النانوية خاصية نقل الحرارة؟

تحتوي الموائع النانوية على مساحة سطح صريحة أعلى وبالتالي سطح أكثر لتوصيل الحرارة بين الجسيمات والسوائل.

التعريف: التوصيل الحراري

يمكن وصف الموصلية الحرارية بأنها قدرة مادة ما على توجيه الحرارة أو نقلها.

ما هي طرق زيادة انتقال الحرارة؟

هناك ثلاث طرق لزيادة نقل الحرارة بناءً على تعبير نقل الحرارة:

  1. زيادة ΔT (فرق درجة الحرارة)
  2. زيادة أ (مساحة السطح الفعالة)
  3. زيادة h (معامل انتقال الحرارة)

ما هو حجم تركيز الموائع النانوية؟

تركيز الحجم هو مصطلح يستخدم لذكر نسبة الجسيمات النانوية في مائع نانوي محضر.

أي من الموائع النانوية يؤدي نقل حرارة أعلى في أمثلة معينة؟

أكسيد النحاس (CuO) نانوفلويد.

أي موائع نانوية فعالة من حيث التكلفة؟

أكسيد الألومنيوم (Al2O3) نانوفولويد.

أي من السوائل النانوية الثلاثة المستخدمة في هذه المقالة؟

فيما يلي ثلاثة نونوفلويد مستخدمة في هذه المقالات:

  1. Al2O3/ماء
  2. النحاس / الماء
  3. MgO / الماء

أعط وحدة نقل الحرارة.

وحدة نقل الحرارة هي كيلو واط (كيلو واط) أو كيلو جول / ثانية (كيلو جول / ثانية)

في أي جهاز إلكتروني يمكن استخدام الموائع النانوية؟

يمكن استخدام المائع النانوي في غرفة البخار وإعداد الاصطدام النفاث للتبريد الإلكتروني.

ما هو الاسم المحدد للمبرد في مجال المبادل الحراري؟

نوع مدمج عبر تدفق مبادل حراري

ما هو العامل المهيمن للمائع النانوي بالنسبة للجدوى؟

استقرار الموائع النانوية هو العامل المهيمن على الجدوى.

ما فائدة جسيمات الكربون النانوية؟

تعتبر جزيئات الكربون النانوية ممتصًا جيدًا للإشعاعات الشمسية. يمكن استخدامه في وحدات التقطير الشمسي لتعزيز تبخر الماء.

في الختام

هذه المقالة مفيدة للطلاب والباحثين للحصول على فكرة أساسية عن بعض الموائع النانوية وخصائصها. المقالة مفيدة أيضًا للطالب في العثور على موضوع بحث يتعلق بعلوم النانو وتطبيقاتها. يتم تقديم المقارنة بين عدد قليل من السوائل في هذه المقالة لإنشاء أساس لدراسة السوائل والمتغيرات مسبقًا. النطاق المستقبلي للسائل النانوي شامل وجذاب. سيكون المائع النانوي هو المفتاح لزيادة كفاءة أي معدات.

لمزيد من التفاصيل ، راجع انقر هنا

المزيد من الموضوعات المتعلقة بالسائل النانوي ، من فضلك انقر هنا

اترك تعليق

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول المشار إليها إلزامية *

انتقل إلى الأعلى