Přehled nanofluidů
Nanofluid je tekutina, která se skládá ze základní tekutiny s nanorozměry. Nanočástice (1–100 nm) dispergované v základní tekutině. Při aplikaci zesílení přenosu tepla v nanofluidu se používají nanočástice kovu nebo oxidu kovu. Jak víme, kov a oxid kovu zvyšují vodivost a konvekci. V posledních několika desetiletích vedl rychlý pokrok nanotechnologií ke vzniku nové generace chladicích kapalin tzv. nanokapaliny.
Pokud analyzujeme běžnou disperzi pevné látky a kapaliny, nanofluid má vyšší efektivní povrchovou plochu a tedy vyšší efektivní povrch pro přenos tepla mezi částicemi a tekutinami. Nanotechnologie je využívána nebo zvažována pro některé aplikace zaměřené na poskytování produktivnějších dodávek energie a zaměstnání.
I když mnoho z těchto aplikací nemusí přímo ovlivňovat přenos tepelné energie, každá z nich má potenciál snížit potřebu elektrické energie, paliva z ropného destilátu nebo zemního plynu, které by jinak prošly systémem přenosu energie. Účinnější výroba a využívání energie může snížit množství stavebních, údržbových a vyřazovacích činností.
Tepelná vodivost
Tepelná vodivost nanokapaliny bylo zjištěno, že je atraktivní charakteristikou pro mnoho aplikací. Lze ji definovat jako schopnost materiálu vést nebo přenášet teplo. Na toto téma byla dokončena řada výzkumů
Tepelná vodivost 0.3% nanočástic mědi z nanofluidů ethylenglykolu (EG) je zvýšena až na 40% v porovnání se základní kapalinou. Autoři zdůraznili, že tato vlastnost hraje zásadní roli při konstrukci energeticky účinného systému přenosu tepla. Vyšší tepelná vodivost je vyšší a tomuto zlepšení se připisuje povrch nanočástic mědi (Cu).
Poměr povrchu k objemu (A / V) nanočástic je však dominantním faktorem ovlivňujícím spíše tepelnou vodivost nanofluidů než tepelnou vodivost nanočástic. Poměr povrchu k objemu (A / V) je rozšířen o menší velikosti nanočástic.
Přenos tepla pomocí nanofluidu
Procesy vysoké produkce tepla vyvolaly zvýšený požadavek na nejnovější technologii ke zvýšení přenosu tepla. Existuje mnoho metod ke zvýšení přenosu tepla v procesech.
Přenos tepla v procesu lze vypočítat takto:
Q = h * A * ∆T
Q se používá pro rychlost přenosu tepla, h je koeficient přenosu tepla, A je efektivní oblast přenosu tepla a ∆T je teplotní rozdíl. Z této rovnice vyplývá, že přenos tepla je možné zlepšit:
(i) Zvýšení ΔT
(ii) Zvýšení A
(iii) Zvýšení h
Vylepšení přenosu tepla lze také zvýšit zvýšením koeficientu přenosu tepla h. Vývojem účinnějších metod přenosu tepla nebo zlepšením transportních vlastností materiálu použitého pro přenos tepla.
Od dopravního průmyslu po energetické jednotky může být nanofluid široce používán ve všech oblastech také v elektronických systémech, jako jsou mikroprocesory, mikromechanické systémy, elektrické systémy a biotechnologie.
Zlepšení vlastností nanofluidu
Ve většině případů bylo pozorováno zvýšení tepelné vodivosti. U nanofluidu byly pozorovány abnormální trendy v případě viskozity. Zjistilo se, že viskozita stoupá, když jsou nanočástice rozptýleny v základní tekutině.
Pro vyšší objemovou koncentraci bylo zjištěno, že nanofluidní chování ztenčuje smyky pro menší pozornost, to je newtonovské zatížení. Mnoho neshod je vidět v mnoha pracích, ale i když můžeme říci, že konvekce síly v případě nanofluidu je větší než u základní tekutiny. Toto zvýšení kvůli nanofluidu nezávisí na konvenčních teoriích.
Jsou uvedeny například vlastnosti nanočástic CuO.
| Nemovitosti | Oxid měďnatý |
| Chemický vzorec | CuO |
| Barva | Černá |
| Morfologie | Sférické |
| Průměrná velikost částic (nm) | 30-50 |
| Skutečná hustota (kg / m3) | 6400 |
| Specifické teplo (J / kgK) | 531.02 |
| Tepelná vodivost (w / mK) | 20 |
Předpokládejme, že vidíme nanofluid v případě přirozené konvekce. Lze říci, že zhoršení výsledků pozorovaných u nanofluidů, zvýšení objemové koncentrace má za následek zvýšení zhoršení. Je třeba provést více experimentů na kovových částicích as nízkou objemovou koncentrací. I pro specifické teplo bylo poznamenáno, že klesá oproti základní tekutině. Je třeba provést další výzkum specifického tepla, protože to jsou základní parametry v poli přenosu tepla.
Srovnání různých nanofluidů
Tepelná vodivost nanofluidu závisí na vlastnostech kovových částic. Různé typy nanofluidů používané ke zvýšení přenosu tepla ve výměníku tepla (TiO2, Al2O3, SiO2CuO, CeO2 apod.).
K porovnání různých nanofluidů je k dispozici tolik výsledků experimentů. Podívejme se na nějaké grafické srovnání různých nanofluidů. Srovnání tří pracovních tekutin voda, CuO / voda, MgO / voda je vidět na obrázku níže.
Grafický výsledek prezentovaný mezi rychlostí přenosu tepla (Q) a vstupní teplotou nanofluidu. To lze snadno pozorovat z grafu CuO nanofluid vykazuje vynikající přenos tepla ve srovnání s MgO nanofluidem a vodou. Graf je vynesen pro tři různé teploty 70, 80 a 90 ° C.
Vezměme si druhý příklad, abychom pochopili více o dalším srovnání nanofluidů. Grafické znázornění, včetně srovnání vody, Al2O3/ voda, CuO / voda je znázorněno na obrázku níže.
Z výše uvedeného grafu je jasně patrné, že nanofluid CuO má lepší rychlost přenosu tepla ve srovnání s ostatními dvěma.
Nyní se podívejme na analýzu výsledků v tabulka Níže uvedené,
mc je hmotnostní průtok chladicí kapaliny v litrech za minutu (Jaký je hmotnostní průtok? Viz klikněte ). Qavg se vypočítá rychlost přenosu tepla pro vodu, Al2O3/ voda a CuO / voda. Jednotka rychlosti přenosu tepla je kW (kJ / s) (Co je to rychlost přenosu tepla? Viz kliknutí)
Studie výsledkové tabulky nám dává vědět, že nanofluid CuO provádí lepší přenos tepla za všech podmínek hmotnostního průtoku. Pokud provedeme srovnání nákladů, pak Al2O3 nanofluid je levnější než nanofluid CuO.
Rozdíl přenosu tepla mezi Al není příliš vysoký2O3 nanofluid a CuO nanofluid. Z hlediska nákladů je Al2O3 nanofluid může být komerční tekutina pro lepší přenos tepla.
Aplikace nanofluidu při přenosu tepla
Nanofluid byl používán nebo zvažován pro mnoho aplikací k zajištění efektivnějších dodávek a využití energie. Nanofluid byl používán nebo zvažován pro mnoho aplikací k zajištění efektivnějších dodávek a využití energie. Tyto aplikace zcela neovlivňují přenos energie, ale mohou snížit předběžný požadavek na ropné palivo, elektřinu, palivo z ropných destilátů nebo hořlavý plyn. Nějak by to prošlo rámcem přenosu energie. Dále přichází několik případů nanofluidu pro explicitní aplikace
Parní komora
Nedávné výzkumy v oblasti elektronického chlazení ukazují použití nanofluidu ke zvýšení rychlosti přenosu tepla. Parní komora používaná při elektronickém chlazení je pro lepší přenos tepla naplněna nanofluidem.
Dopad trysky
Dopad trysky je možná technologie pro chlazení některých elektronických zařízení. Voda je rozprašována přes zařízení chladiče, aby z něj absorbovala více tepla. Použití nanofluidu místo vody může extrahovat více tepla z chladiče.
Radiátor
Radiátor je kompaktní typ křížového výměníku tepla a používá se k chlazení motoru. Správa prostoru je významným problémem v každém automobilu. Zmenšení velikosti chladicích součástí může být možné, pokud se funkce součásti zlepší při přenosu tepla. Nanofluid je špičková a moderní chladicí kapalina, která dokáže splnit požadavky na kompaktnost.
Parabolický solární kolektor a další solární tepelná zařízení
Pracovní tekutina cirkuluje solárním systémem absorbováním slunečního záření. Sluneční energie absorbovaná pracovní tekutinou se obvykle přenáší do tepelného výměníku pro jiné aplikace. Použití nanofluidu jako pracovní tekutiny v solárním tepelném systému zlepšuje jeho výkon a účinnost.
Chlazení transformátoru
Projekt transformátor je široce používané elektrické zařízení pro přenos energie. Chladicí olej se používá v transformátor absorbovat teplo generované v důsledku odporu. Výkon chladicího oleje lze zlepšit přidáním nanočástic do oleje. Zde je základní tekutinou olej, který podporuje stabilitu nanokapaliny.
Některé z dalších aplikací nanofluidů v oblasti chlazení a přenosu tepla jsou uvedeny níže:
Chladicí systém
Chladicí systém pracuje na různých termodynamických cyklech. Chladivo je pracovní tekutina v chladicím systému. Existují určité experimenty prováděné s použitím nanočástic s chladivem. Vědci pozorovali dobré výsledky shody s použitím nanofluidu v nějakém chladicím systému.
Chlazení jaderného reaktoru
V jádru jaderného reaktoru se vytváří obrovské množství tepla. Aby bylo zajištěno dostatečné chlazení, voda cirkuluje kondenzátorovým systémem. Jaderný systém vyžaduje lepší vzorec přenosu tepla pro chladicí systém. Nanofluid je možností ke zlepšení chladicího systému jaderného reaktoru.
Chlazení převodového systému motoru
Ve spalovacím motoru (IC) cirkuluje motorový olej všemi částmi převodovky, včetně převodovky, ventilů, klikového hřídele, válce atd. Účelem převodového oleje je zajistit chlazení a mazání různých částí motoru IC.
Nanofluid prokázal vynikající stabilitu v oleji. Použití nanofluidu v přenosovém systému IC motoru je nová doba pro výzkumníky.
Systém rekuperace odpadního tepla v kotli
Vyšší teplota spalin je odváděna z komína v kotli. Účinnost kotle lze zvýšit absorpcí tepla, které je zbytečné spalinami. Systém rekuperace odpadního tepla je instalován pro splnění energetické účinnosti. Použití nanofluidu jako pracovní tekutiny v systému rekuperace odpadního tepla ke zvýšení absorpční účinnosti systému.
Vylepšení odpařování slunečního záření
Solární destilace se používá k přeměně solného roztoku nebo odpadní vody na čerstvou pitnou vodu. Solná voda se odpařuje pomocí sluneční energie a odpařená voda se poté kondenzuje, aby získala čerstvou vodu.
Uhlíková nanočástice má vyšší absorpci slunečního záření. Použití uhlíkových nanočástic ve slané vodě zvyšuje rychlost odpařování, což vede k vynikajícímu výkonu sluneční destilace vody.
Proveditelnost jako tepelná tekutina
Nanofluid je předem tepelná tekutina pro aplikaci přenosu tepla. Pokrok v zařízeních na výrobu energie a výkonové elektroniky produkuje obrovské množství tepla. Vytváření tepla snižuje výkon zařízení. Pro splnění tohoto požadavku je nanofluid vynalezen pro zlepšení přenosu tepla a výkonu zařízení.
Nanofluid vykazuje vynikající výkon při přenosu tepla. Je možné použít nanofluid pro aplikaci v malém měřítku. Ve velkém nebo průmyslovém měřítku je stále třeba provést více výzkumů. Příprava nanofluidu hraje zásadní roli v jeho proveditelnosti. Stabilita nanofluidu je zásadním faktorem ovlivňujícím jeho proveditelnost.
Vysoce stabilní nanofluid může být proveditelnější jako tepelná tekutina.
Otázky a odpovědi
Proč mají nanofluidy charakteristiku přenosu tepla?
Nanofluidy mají vyšší explicitní povrchovou plochu a podle toho větší povrch pro vedení tepla mezi částicemi a kapalinami.
Definice: Tepelná vodivost
Tepelnou vodivost lze charakterizovat jako schopnost materiálu směrovat nebo přenášet teplo.
Jaké jsou způsoby, jak zvýšit přenos tepla?
Existují tři způsoby, jak zvýšit přenos tepla na základě výrazu přenosu tepla:
- Zvýšení ΔT (teplotní rozdíl)
- Zvětšit A (efektivní povrchová plocha)
- Zvýšení h (koeficient přenosu tepla)
Jaká je objemová koncentrace nanofluidu?
Objemová koncentrace je termín používaný k vyjádření podílu nanočástic v připraveném nanofluidu.
Který z nanofluidů provádí v uvedených příkladech vyšší přenos tepla?
Nanofluid oxidu měďnatého (CuO).
Který nanofluid je nákladově efektivní?
Oxid hlinitý (Al2O3) nanokapalina.
Které ze tří nanofluidů použitých v tomto článku?
Následují tři naonofluidy použité v tomto článku:
- Al2O3/voda
- CuO / voda
- MgO / voda
Uveďte jednotku přenosu tepla.
Jednotka přenosu tepla je kW (kilowatt) nebo kJ / s (kilo Joule / s)
Ve kterém z elektronických zařízení je možné použití nanofluidu?
Nanofluid lze použít v nastavení parní komory a tryskového nárazového elektronického chlazení.
Jaký je konkrétní název radiátoru v poli výměníku tepla?
Kompaktní křížový výměník tepla
Jaký je dominantní faktor nanofluidu pro proveditelnost?
Stabilita nanofluidu je dominantním faktorem proveditelnosti.
Jaké je použití uhlíkových nanočástic?
Uhlíkové nanočástice jsou dobrým absorbérem slunečního záření. Může být použit v solárních destilačních jednotkách pro zvýšení odpařování vody.
závěr
Tento článek je užitečný pro studenty a výzkumné pracovníky, aby získali základní představu o některých nanofluidech a jejich vlastnostech. Článek také studentovi pomůže najít výzkumné téma týkající se nano vědy a jejích aplikací. Srovnání několika tekutin je uvedeno v tomto článku, aby se vytvořil základ pro pokročilé studium tekutin a parametrů. Budoucí rozsah nanofluidů je komplexní a atraktivní. Nanofluid bude klíčem ke zvýšení účinnosti jakéhokoli zařízení.
Další podrobnosti viz klikněte zde
Další téma týkající se nanofluidu, prosím klikněte zde
