کاربردهای نانوسیالات در صنایع مختلف

در ﭘﮋوﻫﺶ ﺣﺎﺿﺮ ﺑﻪ ﺑﺮرﺳﯽ ﮐﺎرﺑﺮدﻫﺎی نانوسیالات در ﺻﻨﺎﯾﻊ ﻣﺨﺘﻠﻒ ﭘﺮداﺧﺘﻪ ﺷﺪه اﺳﺖ. ﻧﺎﻧﻮﺳﯿﺎﻻت دﺳﺘﻪ ﺟﺪﯾﺪی از ﺳﯿﺎﻻت ﻫﺴﺘﻨﺪ ﮐﻪ ﺑﺎ ﭘﺮاﮐﻨﺪه ﮐﺮدن ﻧﺎﻧﻮذرات (ﮐﻤﺘﺮ از ۱۰۰ ﻧﺎﻧﻮﻣﺘﺮ ) در ﯾﮏ ﺳﯿﺎل اﯾﺠﺎد ﻣﯽ ﺷﻮﻧﺪ. اﯾﻦ ﺳﯿﺎﻻت دارای ﺿﺮﯾﺐ اﻧﺘﻘﺎل ﺣﺮارت ﺑﺎﻻﺗﺮی ﻧﺴﺒﺖ ﺑﻪ ﺳﯿﺎﻻت راﯾﺞ اﻧﺘﻘﺎل دﻫﻨﺪه ی ﺣﺮارت ﻫﺴﺘﻨﺪ. اﻣﺮوزه ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ رﺷﺪ روز اﻓﺰون ﮐﺎرﺑﺮد ﻧﺎﻧﻮﺳﯿﺎﻻت در ﺳﯿﺴﺘﻢ ﻫﺎی ﺣﺮارﺗﯽ، روﻏﻦ ﻣﻮﺗﻮر ها، روان ﮐﻨﻨﺪه ﻫﺎ و ﺳﺎﯾﺮ ﻓﻨﺎوریﻫﺎ، اﯾﻦ دﺳﺘﻪ از ﺳﯿﺎﻻت ﺑﻪ ﺷﺪت در ﮐﺎﻧﻮن ﺗﻮﺟﻪ ﻣﺤﻘﻘﺎن ﻗﺮار ﮔﺮفته اند. در اﯾﻦ ﭘﮋوﻫﺶ ﮐﺎرﺑﺮد ﻧﺎﻧﻮﺳﯿﺎل در ﻣﺒﺪل های حرارتی، ﭼﯿﻠﺮﻫﺎ، ﻟﻮﻟﻪ ﺣﺮارﺗﯽ ﻧﻮﺳﺎﻧﯽ، ﮔﺮﻣﺎﯾﺶ ﺧﻮرﺷﯿﺪی آب، ﻣﺎﺷﯿﻨﮑﺎری، خنک ﮐﺎری ﻣﻮﺗﻮر ﺧﻮدروﻫﺎ، خنک ﮐﺎری قطعات اﻟﮑﺘﺮوﻧﯿﮑﯽ و خنک ﮐﺎری راﮐﺘﻮرﻫﺎی ﻫﺴﺘﻪ ای ﻣﻮرد ﺑﺮرﺳﯽ ﻗﺮار ﮔﺮﻓﺘﻪ اﺳﺖ. بررسی ها نشان می دهد ﮐﻪ نانوسیالات دارای ﺿﺮﯾﺐ اﻧﺘﻘﺎل ﺣﺮارت ﺑﺎﻻﺗﺮی ﻧﺴﺒﺖ ﺑﻪ ﺳﺎﯾﺮ ﺳﯿﺎﻻت ﻣﺘﺪاول ﻫﺴﺘﻨﺪ.

مقدمه

ﺗﻮﻟﯿﺪ زﯾﺎد دی اﮐﺴﯿﺪ ﻣﻨﺒﻊ اﺻﻠﯽ ﺑﺮوز ﻣﺸﮑﻞ ﮔﺮم ﺷﺪن ﮐﺮه زﻣﯿﻦ اﺳﺖ و ﺗﺒﺪﯾﻞ اﻧﺮژی، اصلی ترین منبع انتشار دی اﮐﺴﯿﺪ ﮐﺮﺑﻦ می باشد. یکی از راه ﻫﺎی ﻣﻬﻢ و ﻣﻔﯿﺪی ﮐﻪ ﻣﯽ ﺗﻮان در ﺟﻬﺖ ﮐﺎﻫﺶ اﻧﺘﺸﺎر دی اکسید کربن بکار گرفت، بازیافت بیشتر و بهبود انرژی و بهبود مصرف موثر آن است. این امر باعث کاهش مصرف سوخت می شود و انتشار گاز دی اکسید کربن کاهش می یابد، در نتیجه هزینه های اولیه مربوط به تامین انرژی را نز برای صنایع کاهش می دهد. یکی از روش هایی که در این راستا می توان به کار گرفت، استفاده از نانوسیالات می باشد.

در سال ۱۹۰۴ ایده استفاده از ذرات در ابعاد نانو برای اولین بار توسط ماکسول مطرح گردید و  اﻧﻘﻼب ﺑﺰرﮔﯽ در زﻣﯿﻨﻪ اﻧﺘﻘﺎل ﺣﺮارت در ﺳﯿﺎﻻت ﭘﺪﯾﺪ آﻣﺪ .در واﻗﻊ او دﯾﺪﮔﺎه ﺗﺎزه ای در مورد سوسپانسیون سیال جامد یا ذراتی در ابعاد نانو مطرح کرد. اولین بار ماسودا و همکاران ﺳﯿﺎل ﺣﺎوی ذرات ﻣﻌﻠﻖ را ﺑﺎ ﻧﺎم ﻧﺎﻧﻮﺳﯿﺎل ﻣﻌﺮﻓﯽ ﮐﺮدﻧﺪ و ﺑﻌﺪ از آﻧﻬﺎ ﭼﻮی در آزﻣﺎﯾﺸﮕﺎه آرﮔﻮن آﻣﺮﯾﮑﺎ اﯾﻦ ﻣﻔﻬﻮم را ﺑﻪ ﻃﻮر ﮔﺴﺘﺮده ای ﺗﻮﺳﻌﻪ داد.

نانوسیالات ﻋﺒﺎرت اﺳﺖ از ذرات ﺑﺴﯿﺎر رﯾﺰ ﺟﺎﻣﺪ در اﺑﻌﺎد ﺑﯿﻦ ۱ تا ۱۰۰ نانومتر ﮐﻪ در ﺳﯿﺎل ﭘﺎﯾﻪ ﻣﻌﻠﻖ ﻣﯽ ﺷﻮﻧﺪ .ﺑﻪ ﻃﻮر ﻣﻌﻤﻮل ﻧﺎﻧﻮذرات از جنس فلزاتی مانند مس، آلمینیوم، پتاسیم، سیلیسیم و اکسیدهای آنها و همچنین نانولوله های کربن و سیالات پایه نیز عمدتا از سیالات با رسانایی نسبتا پایین تر مانند آب، اتیلن گلیکول و سیالاتی از این دسته که در صنعت به عنوان هادی انتقال حرارت مورد استفاده قرار می گیرند، می باشند. نانو ذرات نسبت به  ذرات بزرگتر مانند میکرو ذرات، ﺑﺴﯿﺎر ﭘﺎﯾﺪارﺗﺮ ﺑﻮده و ﺳﻄﺢ ﺗﻤﺎس ﺑﯿﺸﺘﺮی ﺑﺎ ﻧﺎﺣﯿﻪ ﺳﯿﺎل دارﻧﺪ. در واﻗﻊ دو ﻣﺸﺨﺼﻪ اﺻﻠﯽ ﻧﺎﻧﻮﺳﯿﺎل ﯾﮑﯽ ﭘﺎﯾﺪاری ﺑﺴﯿﺎر زﯾﺎد و دﯾﮕﺮی ﺿﺮﯾﺐ ﻫﺪاﯾﺖ ﺣﺮارﺗﯽ ﺑﺴﯿﺎر ﺑﺎﻻی آن اﺳﺖ. ﻫﻤﭽﻨﯿﻦ ﺑﻪ دﻟﯿﻞ ﮐﻮﭼﮏ بودن ذرات ، تا حد زیادی مشکلات خوردگی و افت فشار کاهش می یابد. در پژوهشی که که فالکنر و همکاران با استفاده از نانو سیال در سال ۲۰۰۳ انجام دادند، شاهد افزایش میزان خنک کنندگی در سیستم خنک کننده بودند. همت و همکاران مطالعه ای تجربی بر روی خواص ﺗﺮﻣﻮﻓﯿﺰﯾﮑﯽ ﻧﺎﻧﻮﺳﯿﺎل – آب – ﻧﺎﻧﻮﻟﻮﻟﻪ ﮐﺮﺑﻨﯽ ﭼﻨﺪ ﺟﺪاره اﻧﺠﺎم دادﻧﺪ. آن ﻫﺎ ﺿﺮﯾﺐ ﻫﺪاﯾﺖ ﺣﺮارﺗﯽ اﯾﻦ ﻧﺎﻧﻮﺳﯿﺎل را در ﮐﺴﺮ ﻫﺎی ﺣﺠﻤﯽ و دﻣﺎﻫﺎی ﻣﺨﺘﻠﻒ ﻣﻮرد ﺑﺮرﺳﯽ ﻗﺮار دادﻧﺪ .ﻧﺘﺎﯾﺞ آن ﻫﺎ ﺣﺎﮐﯽ از اﻓﺰاﯾﺶ ﺿﺮﯾﺐ ﻫﺪاﯾﺖ حرارتی می باشد. در مطالعه ای دیگر وسط همت و همکاران ضریب هدایت ﺣﺮارﺗﯽ ﻧﺎﻧﻮﺳﯿﺎل آب- اﮐﺴﯿﺪ آﻟﻮﻣﯿﻨﯿﻮم را ﺑﺼﻮرت ﺗﺠﺮﺑﯽ ﻣﻮرد آزﻣﺎﯾﺶ ﻗﺮار دادﻧﺪ. آن ﻫﺎ درﯾﺎﻓﺘﻨﺪ ﮐﻪ ﻓﺎﮐﺘﻮرﻫﺎﯾﯽ ار ﻗﺒﯿﻞ اﻧﺪازه ذرات، ﺷﺮاﯾﻂ ﻣﺤﯿﻄﯽ ،و روش ﻫﺎی آﻣﺎده ﺳﺎزی ﻧﺎﻧﻮﺳﯿﺎل در ﻧﺘﺎﯾﺞ ﺑﺪﺳﺖ آﻣﺪه ﺗﺎﺛﯿﺮ ﮔﺬار خواهند بود.

در تحقیقی دیگر در سال ۲۰۱۴، همت و همکاران خواص ترموفیزیکی نانوسیال آب – اکسید منیزیم را به صورت آزمایشگاهی مورد بررسی قرار دادند. آنها دریافتند که با افزایش کسر حجمی، ضریب هدایت حرارتی افزایش می یابد. خواص ترموفیزیکی نانوسیال آب – نانو لوله کربنی دو جداره به صورت تجربی توسط همت و همکاران در سال ۲۰۱۴ مورد بررسی قرار گرفت. نتایج آنها حاکی از این موضوع است که در کسرهای حجمی پایین، دما تاثیر چشمگیری در ضریب هدایت حرارتی ندارد. سعیدی نیا و همکاران رفتار حرارتی و رئولوژیکی نانوسیال روغن- اکسید مسرا به صورت آزمایشگاهی، مورد بررسی و مطالعه قرار دادند. یافته های آنها حاکی از این موضوع است که با افزایش کسر حجمی نانو ذرات، ضریب هدایت حرارتی به صورت غیر خطی افزایش پیدا می کند. با توجه به اهمیت نانوسیالات در کاربردهای انتقال حرارت و نیاز روز افزون صنایع مختلف به سیالاتی با ضریب هدایتی بالا، این سیالات از جایگاه ویژه ای در صنایع برخوردار می باشند لذا، در این پژوهش به کاربردهای نانو سیالات در صنایع پرداخته شده است.

ﮐﺎرﺑﺮد در ﻣﺒﺪل ﻫﺎی ﺣﺮارتی

ﻓﺮآﯾﻨﺪ ﺳﺮﻣﺎﯾﺶ و ﮔﺮﻣﺎﯾﺶ ﯾﮑﯽ از ﺑﺰرﮔﺘﺮﯾﻦ ﻣﺸﮑﻼت در ﺻﻨﺎﯾﻊ ﻣﯽﺑﺎﺷﺪ. ﺟﻬﺖ ﺑﻬﺒﻮد ﻓﺮآﯾﻨﺪ اﻧﺘﻘﺎل ﺣﺮارت، ﯾﮑﯽ از راﻫﮑﺎرﻫﺎی ﻣﻮﺟﻮد اﻓﺰاﯾﺶ ﺳﻄﺢ اﻧﺘﻘﺎل ﺣﺮارت اﺳﺖ ﮐﻪ اﯾﻦ ﻣﺴﺌﻠﻪ اﻓﺰاﯾﺶ دﺑﯽ ﺣﺠﻤﯽ ﺳﯿﺎل ﺧﻨﮏ ﮐﻨﻨﺪه در ﺳﯿﮑﻞ را ﺑﻪ ﻫﻤﺮاه داﺷﺘﻪ و در ﻧﺘﯿﺠﻪ ﻫﺰﯾﻨﻪ ی ﭘﻤﭙﺎژ اﻓﺰاﯾﺶ ﯾﺎﻓﺘﻪ و ﺑﻪ ﭘﻤﭗ ﻣﯽ ﻫﺎی ﺑﺰرﮔﺘﺮی اﺣﺘﯿﺎج ﺑﺎﺷﺪ. اﻓﺰاﯾﺶ ﻫﺪاﯾﺖ ﺣﺮارﺗﯽ ﺳﯿﺎل ﺧﻨﮏ ﮐﻨﻨﺪه در ﻣﺒﺪل ﺣﺮارﺗﯽ ﯾﮑﯽ ﻣﻬﻤﺘﺮﯾﻦ راﻫﻬﺎی اﻓﺰاﯾﺶ ﺑﺎزدﻫﯽ ﺣﺮارﺗﯽ و ﻃﺮاﺣﯽ ﺑﻬﯿﻨﻪ ﻣﺒﺪل ﺣﺮارﺗﯽ ﻣﻄﺮح ﻣﯽ ﺑﺎﺷﺪ.  .ﻟﯽ و ژوان و ﺑﻪ ﻣﻄﺎﻟﻌﻪ ﺗﺠﺮﺑﯽ ﺿﺮﯾﺐ اﻧﺘﻘﺎل ﺣﺮارت ﺟﺎﺑﺠﺎﯾﯽ و ﺿﺮﯾﺐ اﺻﻄﮑﺎک ﻧﺎﻧﻮﺳﯿﺎل در ﺟﺮﯾﺎن آرام و ﻣﻐﺸﻮش ﻧﺎﻧﻮﺳﯿﺎل آب دی ﯾﻮﻧﯿﺰه ﺷﺪه- ﻣﺲ ﺑﺎ ﻗﻄﺮ ﻧﺎﻧﻮذرات ﮐﻤﺘﺮ از ۱۰۰ ﻧﺎﻧﻮﻣﺘﺮ درو آن ﻟﻮﻟﻪ ﺑﺮﻧﺠﯽ ﭘﺮداﺧﺘﻨﺪ .ﻧﺘﺎﯾﺞ آن ﻫﺎ ﻧﺸﺎن داد ﮐﻪ ﺿﺮﯾﺐ اﻧﺘﻘﺎل ﺣﺮارت ﺟﺎﺑﺠﺎﯾﯽ ﻧﺎﻧﻮﺳﯿﺎل اﻓﺰاﯾﺶ ﭘﯿﺪا ﻣﯽ ﮐﻨﺪ و در مقایسه با سیال پایه، ضریب انتقال حرارتی نانو سیال با کسر حجمی ۲٪ ، ۶۰ درصد افزایش پیدا کرده است.

کاربران گرامی برای دریافت کامل فایل « کاربردهای نانوسیالات در صنایع مختلف » به بخش دانلود مراجعه نمایید…