تهیه نانوسیالات:
بهبود خواص گرمای نانوسیال احتیاج به انتخاب روش تهیه مناسب این سوسپانسیونها دارد تا از ته نشینی و ناپایداری آنها جلوگیری شود.متناسب با انواع کاربرد،انواع بسیاری از نانوسیالات از جمله نانوسیال اکسید فلزات،نیتریت ها،کاربید فلزات و غیر فلزات که به وسیله یا بدون استفاده از سورفکتانت در سیالاتی مانند آب،اتیلن گلیگول و روغن به وجود آمده است.مطالعات زیادی روی چگونگی تهیه نانوذرات و روشهای پراکنده سازی آنها در سیال پایه انجامشده است که در اینجا به طور مختصر چند روش متداول را که برای تهیه نانو سیال وجود دارد ذکر می کنیم.
یکی از روشهای متداول تهیه نانوسیال،روش دو مرحله ای است.در این روش ابتدا نانوذره یا نانو لوله معمولا به وسیله روش رسوب بخار شیمیایی(CVD)در فضای گاز بی اثر به صورت پودر های خشک تهیه می شود،در مرحله بعد نانو ذره یا نانو لوله در داخل سیال پراکنده می شود.برای این کار از روشهایی مانند لرزاننده های مافوق صوت و یا از سورفکتانت ها استفاده می شود تا توده های نانوذره ای به حداقل رسیده و باعث بهبود رفتار پراکندگی شود.روش دو مرحله ای برای بعضی موارد مانند اکسید فلزات در آب،دیونیزه شده بسیار مناسب است و برای نانو سیالات شامل نانو ذرات فلزی سنگین،کمتر موفق بوده است.
روش دو مرحله ای دارای مزایای اقتصادی بالقوه ای است;زیرا شرکتهای زیادی توانایی تهیه نانو پودر ها در مقیاس صنعتی را دارند.
روش یک مرحله ای نیز به موازات روش دو مرحله ای پیشرفت کرده است;به طور مثال نانو سیالاتی شامل نانوذرات فلزی با استفاده از روش تبخیر مستقیم تهیه شده اند.در این روش ،منبع فلزی تحت شرایط خلا تبخیر می شود.
در این روش،تراکم توده نانوذرات به حداقل خود میرسد،اما فشار بخار پایین سیال یکی از معایب این فرایند محسوب می شود;ولی با این حال روشهای شیمیایی تک مرحله ای مختلفی برای تهیه نانو سیال به وجود آمده است که از آن جمله می توان به روش احیای نمک فلزات و تهیه سوسپانسیون آن در حلالهای مختلف برای تهیه نانوسیال فلزات اشاره کرد.مزیت اصلی روش یک مرحله ای ،کنترل بسیار مناسب روی اندازه و توزیع اندازه ذرات است
انتقال گرما در سیالات ساکن خواص استثنایی نانو سیالات شامل هدایت گرمای بیشتر نسبت به سوسپانسیون های معمولی،رابطه غیر خطی بین هدایت به دما و افزایش شدید فلاکس گرمای در منطقه جوشش است.این خواص استثنایی، به همراه پایداری،روش تهیه نسبتا آسان و ویسکوزیته قابل قبول باعث شده تا این سیالات به عنوان یکی از مناسب ترین و قوی ترین انتخاب ها در زمینه سیالات خنک کننده مطرح شوند.
بیشترین تحقیقات روی هدایت گرمای نانوسیالات ، در زمینه سیالات حاوی نانوذرات اکسید فلزی انجام شده است
.
جریان،جابجایی و جوشش
اخیرا ضریب انتقال گرما نانو سیال در جابجایی آزاد و اجباری اندازه گیری شده است.داس آزمایشهای تعیین خواص گرمای جوشش را برای نانوسیال شروع کرد.یو فلاکس گرمای بحرانی نانو سیال آلومینا_آب در حال جوشش را اندازه گیری کرد و افزایش سه برابری در فلاکس گرمای بحرانی (CHF) را نسبت به آب خالص گزارش کرد. در همین زمینه واسالو نانو سیال سیلیکا-آب را تهیه کرد و همان افزایش سه برابری در CHF را گزارش کرد.
ضریب انتقال گرما جابجایی آزاد علاوه بر اینکه به هدایت گرما بستگی دارد، به خواص دیگری مانند گرمای ویژه،دانسیته و ویسکوزیته دینامیک نیز وابسته است که البته در این درصدهای حجمی پایین همان طور که انتظار می رفت و مشاهده شد،گرمای ویژه و دانسیته بسیار به سیال پایه نزدیک است.ونگ ویسکوزیته آلومینا-آب را اندازه گرفت و نشان داد که هر چه ذرات بهتر و بیشتر پراکنده شوند ویسکوزیته پایین تری را مشاهده می کنیم.وی افزایش 30 درصدی در ویسکوزیته را برای سوسپانسیون 3 درصد حجمی گزارش کرد که در مقایسه با نتیجه پک رچو 3 برابر بیشتر به نظر میرسد که نشان دهنده وابستگی ویسکوزیته به روش تهیه نانو سیال است.ژوان ولی ضریب اصطکاک را برای نانو سیال حاوی یک تا دو درصد ذرات مس به دست آورد و نشان داد که این ضریب تقریبا مشابه سیال پایه آب است.ایستمن نشان داد که ضریب انتقال گرما جابجایی اجباری سوسپانسیون 9 درصد حجمی از نانو ذرات اکسید مس ،15 درصد بیشتر از سیال پایه است.
ژوان ولی ضریب انتقال گرما جابجایی اجباری در جریان آشفته را نیز اندازه گرفتند و نشان دادند که مقدار کمی از نانو ذرات مس در آب دیونیزه شده ، ضریب انتقال گرما را به صورت قابل توجهی افزایش می دهد ، به طور مثال افزودن 2 درصد حجمی از نانو ذرات مس در آب ،حدود 39 درصد انتقال گرما آن را افزایش می دهد. در حالی که در تناقض با نتایج بالا ، پک وچو کاهش 12 درصدی ضریب انتقال گرما را در سوسپانسیون حاوی 3 درصد حجمی از آلومینا و تیتانا در همان شرایط مشاهده کردند.پوترا با کار روی جابجایی آزاد،بر خلاف هدایت و جابجایی اجباری ،کاهش انتقال گرما را مشاهده کرد.داس با انجام آزمایشهای جوشش روی آلومینا- آب نشان داد که با افزایش درصد حجمی نانوذرات،بازدهی جوشش نسبت به سیال پایه کم می شود.وی این کاهش را به تغییر خواص سطحی بویلر به علت ته نشینی نانوذرات روی سطح ناهموار آن نسبت داد نه به تغغیر خواص سیال.یو با اندازه گیری فلاکس گرمای بحرانی برای جوشش روی سطوح تخت و مربعی مس که در نانو سیال آب - آلومینا غوطه ور بودند،نشان داد که فلاکس گرمایی این سیالات سه برابر آب است واندازه متوسط حباب،افزایش و فرکانس تولید آنها کاهش می یابد.
این نتایج را واسالو نیز تایید کرد.وی روی نانو سیال آب -سیلیکا کار می کرد و افزایش فلاکس گرمای بحرانی را برای غلظتهای کمتر از یک هزارم درصد حجمی گزارش کرد.هنوز مدلی برای پیش بینی این افزایشها و فاکتورهای موثر بر آن وجود ندارد
.
هدایت گرمای نانوسیال
موضوع مطلب :