V tomto článku jsou vysvětleny následující obsahy:
- Definice nanofluidů co je nanofluid?
- Co je základní tekutina?
- Jak si vyrobit nanofluid?
- Co je hybridní nanofluid?
- Použití nanofluidů aplikace nanofluidů
- Druhy nanofluidů a jejich popularita
Definice nanofluidů Co je to nanofluid?
Nanofluid je tekutina, která se skládá ze základní tekutiny s nanočásticemi (1–100 nm) suspendovanými v ní. Nanočástice používané v tomto typu studií jsou vyrobeny z kovu nebo oxidu kovu, zvyšují vodivost a konvekci, což umožňuje větší přenos tepla. V posledních několika letech se díky vysokorychlostnímu pokroku v nanotechnologii objevila nová generace chladicích kapalin tzv nanofluid.
Vezměme si příklad, zkontrolujte obrázek níže. Nanočástice CuO (oxid kovu) se přidávají k výrobě nanofluidu s objemovým podílem 0.25% CuO. Nanočástice jsou dispergovány v destilované vodě (základní tekutině). Pro stabilitu nanočástic se k nanofluidu přidá povrchově aktivní látka dodecylsulfát sodný (SDS).
Co je základní tekutina?
Nanočástice jsou suspendovány v nějakém běžném kapalném chladivu, jako je destilovaná voda, ethylenglykol, olej, chladiva atd. Toto široce používané běžné chladivo je známé jako základní tekutina.
Možná jste si všimli, když mechanik mění nebo nalévá chladicí kapalinu do chladiče vašeho vozu. Pamatujete si jeho barvu? Ano, je to zelené. Tou zelenou tekutinou (chladicí kapalinou) je ethylenglykol.
Pojďme vědět o základním kapalném oleji. Možná jste si všimli, že mechanik mění olej z vašeho auta nebo kola. Je to olej pro mazání a převodový systém. Tento typ oleje může být základní tekutinou pro přípravu nanofluidů.
Jak si vyrobit nanofluid?
Příprava nanofluid může být možné pomocí dvou široce používaných metod. Připravuje se dispergováním nanočástic v základní kapalině pomocí a magnetický míchadlo a sonikátor, jak je znázorněno na obrázku „Příprava nanofluid: Sonikátor“.
Existují dva typy míchadel používaných k dispergování částic na basefluid, jedno je magnetické a druhé je mechanické. Další laboratorní přístroj zvaný ultrazvukový sonikátor je také nezbytný pro správnou disperzi.
Dvoustupňová metoda
Dvoukrokový postup je nejpoužívanější metodou pro přípravu nanofluidu. Chemické a fyzikální procesy se používají k výrobě suchého prášku z nanočástic.
Prášek částic se přidá do základní tekutiny. Druhým krokem může být intenzivní míchání magnetickou silou nebo míchání ultrazvukem. Dvoustupňový postup je ekonomický postup pro hromadnou výrobu nanofluidů, protože požadavky na nano kapaliny rostou s novými aplikacemi.
Použití povrchově aktivní látky v nanofluidu
Nanočástice mají velkou povrchovou plochu a povrchovou aktivitu, které vedou k agregaci. Použití povrchově aktivní látky je vhodný způsob pro získání dobré stability. Funkčnost povrchově aktivních látek při vysokých teplotách je však také velkým problémem, zejména pro vysokoteplotní aplikace.
Jednostupňová metoda
Eastman navrhl jednokrokovou metodu kondenzace par. Používá se k přípravě nanofluidu Cu / ethylenglykol (EG) k omezení aglomerace nanočástic.
Použití jednostupňové metody přípravy zabrání šíření částic v tekutině. V této metodě nejsou potřebné některé funkce. Tato metoda vylučuje sušení částic, skladování materiálu a šíření. Aglomerace je omezena metodou jednoho kroku. také zvyšuje stabilitu nanofluidu.
Vakuová metoda - SANSS
(plná forma Ponořený -arc -nanoparticle -syntetický systém)
Jedná se o jednu z metod přípravy nanofluidu s dobrou účinností. V této metodě se používají různé dielektrické kapaliny
Tvar nanočástic je jako různé různé typy. Postup se přiměřeně dobře vyhne nežádoucí agregaci částic. Tato metoda má určité nevýhody. V nanofluidu zůstává přítomna určitá reaktant.
Co je hybridní nanofluid?
Hybridní materiál je kombinací fyzikálních a chemických vlastností dvou nebo více materiálů. Tyto dvě nebo více nanočástic jsou dispergovány v základní tekutině, aby se dosáhlo požadovaných vlastností pro jednotlivé aplikace. Výroba nanofluidu se dvěma nebo více podobnými nebo odlišnými nanočásticemi je populární jako hybridní nanofluid. Práce na hybridních nanofluidech nejsou rozsáhle dokončeny.
Existuje ještě mnoho experimentálních studií o hybridních nanofluidech. Obecně používané hybridní nanofluidy jsou Al2O3/ Cu, Al2O3/ CNT, Cu / TiO2, CNT / Fe3O4, atd.
Hybridní nanofluid je novou oblastí výzkumu pro výzkumného pracovníka v oblasti tepelného inženýrství, který má získat vylepšený chladicí systém.
Využití nanofluidu
Nanofluid lze použít pro různé aplikace. Tato použití neovlivňují důkladně přenos energie, mohou snížit základní potřebu konvenčního paliva, elektrické energie nebo plynu. Přečtěte si některé důležité aplikace nanofluidů
Chlazení elektronických zařízení
Výzkum probíhající v oblasti elektroniky naznačuje, že použití nanofluidu může vést k lepšímu přenosu tepla. Parní komora v ní využívá nanofluid pro lepší přenos tepla.
Kapalina s vodou v generátoru elektřiny
Správa strojního prostoru je hlavním problémem všech automobilových vozidel. Velikost součásti (chlazení) lze zmenšit, pouze pokud zlepšíme přenos tepla u dílů. Nanofluid je jednou z možností, jak zlepšit výkon součásti a vyvinout kompaktnost.
Solární energie - systém tepelné energie
Pro absorpci slunečního záření prochází pracovní tekutina systémem solární tepelné energie. The absorbovaná energie kapalinou se posílá do výměníku tepla pro jiné účely absorbovaná energie pracovní kapalina je obecně přenášena do výměníku tepla pro jiné aplikace.
Chladicí olej v transformátoru
Transformátor je elektrické zařízení pro přenos energie. Generované teplo v transformátoru je absorbováno olejem. Pokud přidáme nanočástice do chladicího oleje. Výkon transformátoru lze zlepšit.
Další využití nanofluidu v oblasti zvýšení přenosu tepla:
Proces chlazení
Proces chlazení pracuje na různých termodynamických cyklech. Pracovní tekutinou v tomto procesu je chladivo. Tepelné vlastnosti některých chladiv lze zlepšit použitím nanočástic.
Chlazení systém jaderné energie
Obrovské množství tepla vzniká při štěpení jader. Je nutné zajistit řádné chlazení systému. Nano kapalina je předem vyvinutá tekutina, kterou lze využít v systému jaderného chlazení.
Druhy nanofluidů
Typy nanofluidů jsou závislé na použití různých typů nanočástic a základních tekutin. Existují tři typy nanočástic, jako je čistý kov, oxid kovu a nanočástice na bázi karbidu. Tyto částice jsou rozptýleny v různých volbách základních tekutin, jako je voda, voda / ethylenglykol, olej, ethylenglykol atd.
| Čistý kov | Oxidy kovů | Karbid |
| Al | Al2O3 | diamant |
| Cu | CuO | Grafit |
| Fe | Fe2O3, Fe3O4 | Jednostěnná nanotrubice |
| Ag | Ag2O | Vícevrstvé nanotrubice |
| Zn | ZnO | |
| Ti | TiO2 |
Vlastnosti nanofluidu
Tepelná vodivost je jednou z důležitých vlastností souvisejících s přenosem tepla pro nanofluid. Je to vysoká tepelná vodivost ve srovnání se standardní chladicí kapalinou, což je základní charakteristika pro mnoho aplikací. Použití nanočástic mědi s ethylenglykolem vede ke zvýšení tepelné vodivosti o 40% ve srovnání se základní tekutinou.
Všechny procesy naznačují, že tepelná vodivost je základní pro správný chladicí systém v jakýchkoli zařízeních. V chladicím systému je tomuto zlepšení přenosu tepla přičítána velká povrchová plocha a vysoká tepelná vodivost.
Poměr povrchové plochy a objemu je hlavním kritériem pro zlepšení tepelné vodivosti. Tuto dávku lze zvýšit použitím nanočástic malé velikosti. Tepelná vodivost se zvyšuje použitím vyšší koncentrace částic.
Vlastnosti jako hustota, viskozita, měrné teplo, tepelná vodivost jsou pro základní tekutinu dobře známé. Vlastnosti nanofluidu lze teoreticky vypočítat pomocí korelací navržených různými výzkumníky. Tyto vlastnosti lze také měřit pomocí více přístrojů experimentálně v laboratoři.
Hustotu nanofluidu lze vypočítat pomocí korelace jako
Kde ρp a ρbfjsou hustoty nanočástic, respektive základní tekutina, a фje objemová koncentrace (% hmotn./hmotn.) nanočástic rozptýlených v základní tekutině. Podle myšlenky silné kombinace tekutin je specifické teplo nanofluidu dáno doprovodným:
Kde cpp a cpbf, jsou specifické teplo nanočástic a základní tekutiny. Viskozitu nanofluidu lze získat z následující rovnice:
Kredit Einstein 1906
a je konstantní v rovnici viskozity a jeho hodnota je 14.4150 pro výpočet viskozity. Tento vzorec je v zásadě uveden pro Brownův pohyb částice v tekutině. Jeden známý vzorec pro výpočet tepelné vodivosti nanofluidu je Kangův model, který je vyjádřen v následující formě:
Credit Hamilton a Crosser (1962)
Otázky a odpovědi
Co je to nanofluid?
Je to záloha. Připravuje se dispergací nanočástic v základní tekutině.
Co je základní tekutina?
Základní kapalinou je běžná chladicí kapalina. Používá se k přípravě nanofluidů.
Uveďte příklady některých běžně používaných nanočástic k přípravě nanofluidů.
Běžně používané nanočástice jsou měď (Cu), hliník (Al), železo (Fe), oxid hlinitý (Al2O3), Oxid měďnatý (CuO), Oxid titaničitý (TiO2 ), Atd..
Jaké jsou široce používané metody přípravy nanofluidu?
Níže jsou široce používány dvě metody uvedené níže:
- Dvoustupňová metoda
- Jednostupňová metoda
Jaká je stabilita nanofluidu?
Stabilitu lze určit jako dobu, po kterou se částice rozptýlí v základní tekutině. Technicky je vyšší stabilní nanofluid ten, kdo má menší sedimentaci.
Jaké je použití povrchově aktivní látky při přípravě nanofluidu?
Povrchově aktivní látka se používá v nanofluidu ke zvýšení jeho stability. Běžně používanou povrchově aktivní látkou je dodecylsulfát sodný (SDS).
Proč se hybridní nanofluid stal novým výzkumným tématem?
Jednotlivé aplikace vyžadují požadované vlastnosti materiálu. Pro získání pravděpodobných vlastností v nanofluidu je do základní tekutiny přidáno více než jedna nanočástice.
Proč použití nanofluidů vedlo ke zvýšení přenosu tepla?
Nanofluid je pokročilá tekutina s vyšší tepelnou vodivostí, protože nanosované částice poskytují větší plochu pro přenos tepla.
Jak může nanofluid zmenšit velikost tepelného výměníku?
Konvenční chladicí kapalina použitá v výměník tepla vykazuje menší přenos tepla ve srovnání s nanofluidem. Použití nanokapaliny vyžaduje proporcionálně menší výměník tepla ve srovnání s konvenčním chladivem.
Proč investovat do čističky vzduchu?
Tento článek pojednává o základním představení nanofluidu, přípravě nanofluidu, aplikaci nanofluidu a vlastnostech nanofluidu. V poslední době se jedná o pokrokovou chladicí kapalinu v aplikacích přenosu tepla. Rozsah nanofluidů je v současném světě nanotechnologií obrovský. Nanofluid a jeho aplikace mohou být dobrým tématem pro studenty a výzkumníky pro projektovou práci.
Další podrobnosti najdete v této příručce klikněte zde
Další téma týkající se nanofluidů a přenosu tepla, prosím klikněte zde
Jsem Deepak Kumar Jani a studuji doktorát v oboru mechanické a obnovitelné energie. Mám pět let pedagogické a dvouletou výzkumnou praxi. Zajímám se o tepelnou techniku, automobilovou techniku, Strojní měření, Inženýrské kreslení, Mechaniku tekutin atd. Přihlásil jsem patent na „Hybridizace zelené energie pro výrobu elektřiny“. Publikoval jsem 17 výzkumných prací a dvě knihy.
Jsem rád, že jsem součástí Lambdageeks a rád bych čtenářům představil některé své odborné znalosti zjednodušujícím způsobem.
Kromě akademiků a výzkumů mám rád putování přírodou, zachycování přírody a vytváření povědomí o přírodě mezi lidmi.
Podívejte se také na můj kanál You-tube ohledně „Pozvání z přírody“