تعداد صفحات : 81 صفحه -
قالب بندی : word
انتقال گرما به وسیله نانو سیالات
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 آنها رفتار برشی جالبی از خود بروز می دهند بسته به سرعت برش ، ضخامت و نازکی برشی می تواند مشاهده شود نازکی به یک کاهش در سیکوزیته موثر بر می گردد و ضخامت ناشی از افزایش در وسیکوزیته موثر می باشد .
مطالعه انتقال حرارت در جامدات بخش شده در مایعات در سالهای اخیر صورت گرفته ایوجا نشان داد که سوسپانسیون های پلی استایرن در ابعاد زیر میکرونی در محلول گلیسرین انتقال حرارت را افزایش می دهد یک مانع اصلی در استفاده از چنین ذرات میکرونی افزایش خوردگی و سایش در سیسم های مهندسی می باشد . با پیدایش نانوتکنولوژی . استفاده از نانو ذرات باعث ایجاد یک سیستم کلوئیدال پایدار گردید که بعدها به نام نانو سیالات شناخته شد . بر خلاف سوسپانیسون های میکرو ابعاد بخش نانویی می تواند سیستمی با استخکام بالا تشکیل دهد از این خاصیت در سیستم هایی که یک سیال برای انتقال انرژی مطرح است ، استفاده می شود . اولین افزایش انتقال حرارت با نانوذرات به وسیله ماسودادر ژاپن گزارش شد . گروه تحقیقاتی او اعلام کردند که هدایت دمائی سوسپانیسون فوق ریز از آلومینه سلیکا و اکسیدهای معدنی دیگر در آب به یک مقدار قابل توجه حداکثر %30 برای یک کسر جمعی %4.3 خواهد رسید در همان شرایط فاکتور اصطکاک تقریباً چهار برابر خواهد شد . در ایالات متحده چویآزمایشگاه تحقیقاتی آرگون یک کلاس جدید از مهندسی سیالات با تحت عنوان فوق انتقال دهنده های حرارتی را در سال 1995 را ایجاد کرد و واژه نانوسیال نیز برای اولین بار توسط چوی به کار برده شد . ونگنیز آزمایشاتی در زمینه هدایت حرارتی برای آلومینا و اکسیرس با استفاده از سیال پایه آب واتیلن گلیکول انجام داد . او مشاهده کرد که افزایش هدایت دمائی با کاهش سایز ذره بیشتر خواهد شد . این افزایش متناسب با کسر جمعی ذره ، در سیال پایه می شد . او برای ذرات آلومینا حداکثر افزایش %12 در یک کسر جمعی %3 و افزایش وسیکوزیته %30-20 را مشاهده کرد او پی برد که وسیکوزیته یک بستگی درجه دوم به کسر جمعی %3 و افزایش وسیکوزیته %30-20 را مشاهده کرد او پی برد که وسیکوزیته یک بستگی درجه دوم به کسر جمعی ذرات دارد در حالی که این بستگی برای هدایت دمائی به صورت خطی می باشد . در یک مطالعه مشابه پاکیک افزایش سه برابر در ویسکوزیته برای آلومنیا در همان کسر حجمی اعلام کرد .با توجه به این مطالب واضح است که هموژناسیول سازی نانوسیالات باید با توجه به پارامترهای اندازه ، کسر جمعی ، شکل ذرات و دما .... بهینه سازی گردد قبل از اینکه به عنوان یک انتخاب برای افزایش انتقال حرارت عنوان شوند . ایست من در سال 2001 نشان داد که ذرات مس nm10 در اتیلن گلیکول می توانند هدایت را تا %60 حتی در صورت اضافه شدن به مقدار بسیار کم (کمتر از %3 .0) برسانند با اکسید مس افزایش به مقدار %20 برای کسر جمعی %4 خواهد رسید . این نتایج به طور واضح اثر سایز ذره را روی افزایش هدایت نشان می دهد . البته ما باید به اثر سایز کوانتومی در چنین ابعادی توجه کنیم . در باره چنین اثراتی بسیار بحث شده است مثلاً پاتلنشان داد که با همان نسبت سطح به حجم می توانیم به شرایط هدایت دمائی مختلفی در صورت استفاده از مواد مختلف برسیم . این موضوع اشاره می کند به این مطلب کوانتومی پدیده انتقال بی اهمیت نمی باشد .
دانلود مقاله انتقال گرما به وسیله نانوسیالات
