تحقیق انتقال گرما به وسیله نانوسیالات

تعداد صفحات: ۸۱ | قابل ویرایش

چکیده

اخیراً استفاده از نانوسیالات که در حقیقت سوسپانسیون پایداری از نانو فیبر ها و نانورزات جامد هستند به عنوان راهبردی جدید در عملیات انتقال حرارت مطرح شده است .

تحقیقات اخیر روی نانو سیالات ، افزایش قابل توجهی را در هدایت حرارتی آنها نسبت به سیالات بدون نانوزات دیا همراه با ذرات بزرگتر (ماکرو ذرات) نشان می دهد . از دیگر تفاوت های این نوع سیالات ، تابعیت شدید هدایت حرارتی از دما ، همچنین افزایش فوق العاده فلاکس حرارتی بحرانی در انتقال حرارت جوشش آنهاست.

بیشترین افزایش هدایت حرارتی در سوسپانسیون نانو لوله های کربنی گزارش شده از این رو توجه بسیاری از دانشمندان در سالهای اخیر به استفاده از انواع نالوله ها در سیالات انتقال دهنده حرارت متمرکز شده است.

نتایج آزمایشگاهی بدست آمده از نانوسیالات نتایج قابل بحثی است که به عنوان مثال می توان به انطباق نداشتن افزایش هدایت حرارتی با تئوری های موجود اشاره کرد.

این امر نشان دهنده ناتوانی این مدلها در پیش بینی صحیح خواهی نانوسیال است . بنابر این برای کاربردی کردن این نوع از سیالات در آینده و در سیستم های جدید ، باید اقدام به طراحی ، ایجاد مدلها و تئوری هایی شامل اثر نسبت حجم به سطح و فاکتورهای سیاست نانوذره و تصحیحات مربوط به آن کرد.

مقدمه

سیستم های خنک کننده ، یکی از مهم ترین دغدغه های کارخانه ها و صنایعی مانند میکروالکترونیک و هر جایی است که به نوعی با انتقال گرما رو به رو باشد با پیشرفت فناوری در صنایعی مانند میکرو الکترونیک که در مقیاس های زیر صد نانومتر عملیات های سریع و حجیم با سرعت های بسیال بالا (چند گیگاهرتز) اتفاق می افتد و استفاده از موتوهایی با توان و بار حرارتی بالا اهمیت بسزائی پیدا می کند ، استفاده از سیستم های خنک کننده پیشرفته و بهینه ، کاری اجتناب ناپذیر است.

بهینه سازی سیستم های انتقال حرارت موجود ، در اکثر مواقع به وسیله افزایش سطح آنها صورت می گیرد که همواره باعث افزایش حجم واندازه این دستگاهها می شود ، لذا برای غلبه بر این مشکل به خنک کننده های جدید و موثر نیاز است و نانو سیالات به عنوان راهکاری جدید در این زمینه مطرح شده اند .

نانوسیالات متشکل از سوسپانسیونیاز نانو ذرات جامد یا فیبر ها با اندازه کمتر از nm 100 در یک مایع پایه می باشد در واقع بخش خوب ذرات جامد در یک مایع عموماً به نام سوسپانیسون کلوئیدال شناخته می شوند.

سیستم های کلوئیدال بسیار کاربرد دارند آنها در طبیعت در سلولهای زنده دیده می شود همچنین در بسیاری از واکنش های شیمیایی حضور دارند در بسیاری از سیستم ها واسطه پایه آب بوده و ذرات به صورت ماکرو مولکولها یا توده ای از مولکولها می باشند کلوئیدها به خاطر خصوصیات رئولوژیکالشان بسیار مورد توجه می باشد.

تهیه نانوسیالات

بهبود خواص حرارتی نانوسیال احتیاج به انتخاب روش تهیه مناسب این سوسپا نسیون ها دارد تا از ته نشینی و ناپایداری آنها جلوگیری شود متناسب با کاربرد انواع بسیاری از نانو سیالات از جمله نانو سیال اکسید فلزات ، نیتریت ها ، کاربید فلزات و غیر فلزات که به وسیله و یا بدون استفاده از سورفکتت ها در سیالاتی مانند آب ، اتیلن گلیکول و روغن به وجود آمده است ، مطالعات زیادی روی چگونگی تهیه نانوذرات و روش های پراکنده سازی آنها در سیال پایه انجام شده است که در اینجا به طور مختصر چند روش متداول را که برای تهیه نانو سیالات وجود دارد ذکر می کنیم.

روش دو مرحله ای : در این روش ابتدا نانو ذره یا نانو لوله معمولاً به وسیله روش رسوب بخار شیمیایی (CVD) در معنای گاز پی اثر به صورت پودرهای خشک تهیه می باشد (شکل ۲: وسط) در مرحله بعد نانوذره یا نا نو لوله در داخل سیال پراکنده می شود.

برای این کار از روشهایی مانند لرزاننده های ما فوق صوت و یا از سورفکتنت ها استفاده می شود تا فکوخدای شدن نانوذرات به حداقل رسیده و باعث بهبود رفتار پراکندگی شود روش دو مرحله ای برای بعضی مواد مانند اکسید فلزات در آب دیونیزه شده بسیار مناسب است و برای نانو سیالات شامل نونوذرات فلزی سنگین کمتر موفق بوده است.

مدلهای موجود به دو گروه طبقه بندی می شود

۱- مدلهای استاتیک : در این مدلها فاند ذرات ساکن در سیال پایه به عنوان یک کامپوزیت فرض می شوند که خصوصیات انتقال حرارتی آنها بوسیله مدلهای بر پایه هدایت نظیر ماکسول و هامیلتون – کرد سر بیان می شود.

۲- مدلهای دنیامیک : این مدلها برای مبنای حرکات تصادفی خباجی در نانوذرات می باشد که این حرکت مسئول انتقال انرژی به طور مستقیم یا غیر مستقیم در نانو سیالات می باشد . انتقال انرژی مستقیم به صورت برخوردها بین نانوذرات و انتقال انرژی غیر مستقیم به صورت جابجایی نظیر : هدایت هدایتی ، هدایت الکتریکال ، ثابت دی الکترونیک و نفوذ مغناطیسی به کار می رود فرمولاسیون ماکسول برای ذرات در غلظت های پایین و نیز ذرات در رژیم های میکو متری نتایج قابل قبولی می دهد.

هامیلتون و کروسر (H2C) مدل تئوری ماکسول را برای نانوذرات کروی اصلاح کردند این مدل پایه بسیاری از مدلهائی که برای نانوسیالات بکار می روند می باشد.

منابع و مأخذ

۱) Jacob . Eapen , 2004 , Modeling Transport Mechanism in Narofluids

۲) Eden . Mamut , 2004 Characterization of hcat and mass trans tor Properfies of nanofluids .Rom.Journ . phys .volsl .

۳) David Cahill , Jeffery Eastman , Powel , keblinski , Heat transfer by nono fluid June 2005.

۴) Shawn . A. Putnam , David G. Gahill 2 paulv . Braun: thermal conductivity of nanport : cle Suspens : m, Journal of appl:ed phys:cs99,(2006)

۵)CSJWO , Tp Teng , cj Hung and yg Guo , Re5earch and development of measurement device for thermal Canductivity of nanofluids , Journal of phys:cs , con ference Series13(2005) 55-58

۶) Zhenbin Ge and Robert G.Shim min , thermal conductivity of nano particle suspend sions , Journal of app lied physics 99 (2006)

۷) yajie Ren , Huaqig Xie and An Cai , Effective thermal conductivity of nano fluids Containing spherical nanopartides , Journal of  physics D:applies physics (2005)

۸) Ching – Song Jwo and Tun – piny Teny Experimental study on thermal properties of brines containing nanoparticles , Rev . Adv . Mater . Se . 10(2005)