دانلود پاورپوینت انتقال گرما به وسیله نانو سیالات

بنام خدا انتقال گرما به وسیله نانو سیاالت • اخ یرا اس تفاده از ن انو س یاالت ک ه در حقیقت سوسپانس یون پای داری از نانوفیبره ا و ن انو ذرات جام د هس تند،ب ه عن وان راه بردی جدی د در عملی ات انتق ال گرم ا مط رح ش ده اس ت.تحقیقات اخ یر روی ن انو س یاالت ،اف زایش قاب ل ت وجهی را در ه دایت گرم ای آن ه ا نس بت ب ه س یاالت ب دون نانو ذرات و یا همراه با ذرات بزرگتر (ماکرو ذرات)نشان می دهد.از دیگر تفاوتهای این نوع سیاالت ،تابعیت شدید هدایت گرم ای از دم ا،همچ نین اف زایش ف وق الع اده ش ار گرم ای بح رانی در انتق ال گرم ا جوش ش آنهاس ت.نتایج آزمایش گاهی ب ه دس ت آم ده از ن انو س یاالت نت ایج قاب ل بح ثی اس ت ک ه ب ه عن وان مث ال می ت وان ب ه انطب اق نداش تن اف زایش ه دایت گرم ا ب ا تئوریه ای موج ود اش اره ک رد.این ام ر نش ان دهن ده ن اتوانی این م دلها در پیش بی نی ص حیح خ واص نانوس یال اس ت.بنابراین ب رای ک اربردی ک ردن این ن وع از س یاالت در آین ده و در سیس تمهای جدی د ،بای د اق دام ب ه ط راحی و ایج اد م دلها و تئوریه ایی ش امل اث ر نس بت س طح ب ه حجم و فاکتورهای سیالیت نانوذرات و تصحیحات مربوط به آن کرد. مقدمه • کنن ده ،یکی از مهم ترین دغدغ ه ه ای کارخان ه ه ا و ص نایعی مانن د میک رو الکترونی ک و ه ر ج ایی اس ت ک ه ب ه ن وعی ب ا انتق ال گرم ا روب ه رو باش د.با پیش رفت فن اوری در ص نایعی مانن د میک رو الکترونی ک ک ه در مقیاسهای زیر صد نانومتر عملیاتهای سریع و حجیم با سرعت های بسیار باال (چند گیگا هرتز) اتفاق می افتد و استفاده از موتورهایی با توان و بار گرم ایی ب اال اهمیت ب ه س زایی پی دا می کن د،اس تفاده از سیس تمهای خن ک کنن ده پیش رفته و بهین ه ،ک اری اجتن اب ن ا پ ذیر اس ت.بهینه س ازی سیستمهای انتقال گرماموجود،در اثر مواقع به وسیله افزایش سطح آنها صورت می گیرد که همواره باعث افزایش حجم و اندازه این دستگاهها می ش ود;ل ذا ب رای غلب ه ب ر این مش کل،ب ه خن ک کنن ده ه ای جدی د و م وثر نی از اس ت و نانوس یاالت ب ه عن وان راهک اری جدی د در این زمین ه مط رح ش ده ان د.نانو س یاالت ب ه علت اف زایش قاب ل توج ه خ واص گرم ایی،توج ه بس یاری از دانش مندان را در س الهای اخ یر ب ه خ ود جلب ک رده اس ت.به عن وان مث ال مق دار کمی (ح دود ی ک درص د حجمی )از ن انوذرات مس ی ا ن انو لول ه ه ای کرب نی در اتیلن گلیک ول ی ا روغن ب ه ت رتیب اف زایش 40و 150درص دی در ه دایت گرم ایی این س یاالت ایج اد می کن د;در ح الی ک ه ب رای رس یدن ب ه چ نین افزایش ی در سوسپانس یون ه ای معم ولی ،ب ه غلظته ای ب االتر از ده درص د از ذرات احتی اج اس ت;این در حالیس ت ک ه مش کالت رئول وژیکی و پای داری این سوسپانس یون ه ا در غلظته ای ب اال م انع از اس تفاده گس ترده آنه ا در انتق ال گرم ا می ش ود.در ب رخی از تحقیق ات ،ه دایت گرم ای نانوسیاالت ،چندین برابر بیشتر از پیش بینی تئوریها است. • از دیگ ر نت ایج بس یار ج الب،ت ابعیت ش دید ه دایت گرم ای نانوس یاالت و اف زایش تقریب ا س ه براب ری فالکس گرم ای بحرانی آنها در مقایسه باسیاالت معمولی است.این تغییرات در خ واص گرم ای نانوس یاالت فق ط م ورد توج ه دانش گاهیان نبوده است،در صورت تهیه موفقیت امیز و تایید پایداری آنها می تواند آینده ای امیدوار کننده در مدیریت گرمای صنعت را رقم بزند.البت ه از سوسپانس یون ن انو ذرات فل زی،در دیگ ر زمین ه ه ا از جمل ه ص نایع دارویی و درم ان س رطان ن یز اس تفاده ش ده اس ت.به ه ر ح ال تحقی ق در زمین ه .2تهی ه ن انوذرات،دارای آین ده ای بس یار گس ترده اس ت. نانوس یاالتبهبود خ واص گرم ای نانوس یال احتی اج ب ه انتخ اب روش تهیه مناسب این سوسپانسیونها دارد تا از ته نشینی و ناپای داری آنه ا جلوگ یری شود.متناس ب ب ا ان واع ک اربرد،ان واع بس یاری از نانوس یاالت از جمل ه نانوس یال اکس ید فلزات،نیتریت ها،کاربید فلزات و غیر فلزات که به وسیله یا ب دون اس تفاده از س ورفکتانت در س یاالتی مانن د آب،اتیلن گلیگول و روغن به وجود آمده است. • مطالع ات زی ادی روی چگ ونگی تهی ه ن انوذرات و روش های پراکن ده س ازی آنه ا در سیال پایه انجامشده است که در اینجا به طور مختصر چند روش متداول را که ب رای تهی ه ن انو س یال وج ود دارد ذک ر می ک نیم.یکی از روش های مت داول تهی ه نانوس یال،روش دو مرحل ه ای اس ت.در این روش ابت دا ن انوذره ی ا ن انو لول ه معم وال ب ه وس یله روش رس وب بخ ار ش یمیایی()CVDدر فض ای گ از بی اث ر ب ه ص ورت پ ودر ه ای خش ک تهی ه می ش ود،در مرحل ه بع د ن انو ذره ی ا ن انو لول ه در داخ ل س یال پراکن ده می ش ود.برای این ک ار از روش هایی مانن د لرزانن ده ه ای م افوق ص وت و ی ا از س ورفکتانت ه ا اس تفاده می ش ود ت ا ت وده ه ای ن انوذره ای به ح داقل رس یده و ب اعث بهب ود رفت ار پراکن دگی ش ود.روش دو مرحل ه ای ب رای بعض ی م وارد مانن د اکس ید فل زات در آب،دیون یزه ش ده بس یار مناس ب اس ت و برای ن انو س یاالت ش امل ن انو ذرات فل زی س نگین،کم تر موف ق ب وده است.روش دو مرحل ه ای دارای مزای ای اقتص ادی ب القوه ای اس ت;زی را ش رکتهای زی ادی توانایی تهیه نانو پودر ها در مقیاس صنعتی را دارند.روش یک مرحله ای نیز به م وازات روش دو مرحل ه ای پیش رفت ک رده اس ت;ب ه ط ور مث ال ن انو س یاالتی شامل نانوذرات فلزی با استفاده از روش تبخیر مستقیم تهیه شده اند.در این روش ،منب ع فل زی تحت ش رایط خال تبخ یر می ش ود.در این روش،ت راکم ت وده ن انوذرات ب ه ح داقل خ ود میرس د،ام ا فش ار بخ ار پ ایین س یال یکی از مع ایب این فراین د محس وب می ش ود;ولی ب ا این ح ال روش های ش یمیایی ت ک مرحل ه ای مختلفی ب رای تهی ه ن انو س یال ب ه وج ود آم ده اس ت ک ه از آن جمل ه می ت وان ب ه روش احیای نمک فلزات و تهیه سوسپانسیون آن در حاللهای مختلف برای تهیه نانوس یال فل زات اش اره کرد.م زیت اص لی روش ی ک مرحل ه ای ،کن ترل بس یار .3انتق ال گرم ا در س یاالت مناس ب روی ان دازه و توزی ع ان دازه ذرات اس ت. س اکنخواص اس تثنایی ن انو س یاالت ش امل ه دایت گرم ای بیش تر نس بت ب ه سوسپانس یون ه ای معم ولی،رابط ه غ یر خطی بین ه دایت ب ه دم ا و اف زایش ش دید فالکس گرم ای در منطق ه جوش ش اس ت.این خ واص اس تثنایی ،ب ه هم راه پای داری،روش تهی ه نس بتا آس ان و ویس کوزیته قاب ل قب ول ب اعث ش ده ت ا این سیاالت به عنوان یکی از مناسب ترین و قوی ترین انتخاب ها در زمینه سیاالت خنک کننده مطرح شوند.بیشترین تحقیقات روی هدایت گرمای نانوسیاالت ،در زمینه سیاالت حاوی نانوذرات اکسید فلزی انجام شده است. • ماس ودا اف زایش 30درص دی ه دایت گرم ا را ب ا اض افه ک ردن 4.3درص د حجمی آلومینا به آب گزارش کرده است.لی افزایش %15درصدی را برای همین ن وع نانوس یال ب ا همین درص د حجمی گ زارش ک رده اس ت ک ه تف اوت این نت ایج را ناش ی از تف اوت در ان دازه ن انوذرات ب ه ک ار رفت ه در این دو تحقی ق می دان د.قطر متوس ط ذرات آلومین ای ب ه ک ار رفت ه در آزم ایش اول 13ن انومتر و در آزم ایش دوم 33ن انو م تر ب وده اس ت.زای و همک اران اف زایش 20درص دی را ب رای 50درص د حجمی از همین ن انو ذرات گ زارش ک رده ان د.گروه مش ابهی ب رای ن انوذرات کاربی د س یلیکون ن یز ب ه نت ایج مش ابهی رس یده ان د.لی بهب ود نس بتا کم تری را در ه دایت گرم ای ن انو س یاالت ح اوی ن انوذرات اکس ید مس،نس بت ب ه ن انوذرات آلومین ا مش اهده کرد;در حالیکه ونگ 17درصد افزایش هدایت گرما را برای فقط %4درصد حجمی از ن انوذرات اکس ید مس در آب گ زارش ک رده اس ت.برای ن انو س یال با پایه اتیلن گلیکول ،افزایش باالی 40درصد برای %3درصدحجمی مس با متوسط قطر ده نانومتر گزارش شده است.پتل افزایش باالی %21برای سوسپانس یون %11حجمی از ن انو ذرات طال و نق ره ک ه ب ه ت رتیب در آب تول وئن پراکن ده ش ده بودن د را مش اهده ک رد.در م واردی هم هیچ اف زایش قاب ل ت وجهی در ه دایت مش اهده نش ده اس ت.اخیرا تحقیق ات دیگ ری روی وابس تگی ه دایت ب ه دم ا ب رای غلظته ای ب االی ن انوذرات اکس ید فل زات و غلظته ای پ ایین ن انوذرات فل زی در ح ال انج ام اس ت ک ه در ه ر دو م ورد در مح دوده دم ای 20ت ا 50درج ه س انتیگراد اف زایش 2ت ا 4براب ری در ه دایت مش اهده ش ده اس ت و در ص ورت تایی د این خ واص ب رای دماه ای ب االتر می ت وان نانوس یال را در سیس تمهای گرمایش ی ن یز اس تفاده کرد.بیش ترین اف زایش ه دایت در سوسپانس یون نانولول ه ه ای کرب نی گ زارش ش ده اس ت ک ه عالوه ب ر ه دایت گرم ای ب اال ،نس بت ه ای کرب نی ،تش کیل ی ک ش بکه فیبری می دهند،سوسپانسیون آنها بیشتر شبیه کامپوزیتهای پلیمری عمل میکن د.بیرکاک اف زایش 125درص دی ه دایت را در اپوکس ی پلیمر-نانولول ه ح اوی ی ک درص د ن انو لول ه ح اوی ی ک درص د نانولول ه ت ک دی واره گ زارش ک رد،همچ نین مش اهده ک رد ک ه ب ا اف زایش دم ا ،ه دایت گرم ا اف زایش می یابد. • با اف زایش دم ا ،ه دایت گرم ا اف زایش می یاب د.چون ب رای سوسپانس یون ی ک درص د نانولول ه ه ای چن د دی واره در روغن 16 درص د اف زایش ه دایت گرم ا گ زارش ک رده است.گزارش ها و تحقیق ات مختلفی در زمین ه اف زایش ه دایت گرم ای سوسپانس یون ن انو لول ه کرب نی ارائ ه ش ده اس ت;زای اف زایش 10ت ا 20درص دی ه دایت گرم ا را در سوسپانس یون ی ک درص د حجمی ب ا س یال آب گ زارش ک رده اس ت.ون و دین گ ن یز 25درص د اف زایش ه دایت را در سوسپانس یون 8درص د حجمی در آب گ زارش ک رده است.اس یل بیش ترین اف زایش را 38درص د ب رای سوسپانس یون 6درص د حجمی در آب گ زارش ک رده اس ت.ون و دین گ اف زایش س ریع ه دایت در غلظتهای حدود 2درصد حجمی را گزارش کرده و نشان داده است ک ه این اف زایش از آن ب ه بع د تقریب ا ث ابت می مان د .در تم امی گزارشها افزایش هدایت با دما مشاهده شده ;هر چند برای دماهای ب االتر از 30درج ه س انتیگراد این اف زایش تقریب ا متوق ف می .4جری ان،جابج ایی و جوش ش اخ یرا ض ریب انتق ال گرم ا ش ود. ن انو س یال در جابج ایی آزاد و اجب اری ان دازه گ یری ش ده اس ت.داس آزمایش های تع یین خ واص گرم ای جوش ش را ب رای نانوس یال ش روع کرد.ی و فالکس گرم ای بح رانی ن انو س یال آلومین ا_آب در ح ال جوش ش را ان دازه گ یری ک رد و اف زایش س ه براب ری در فالکس گرم ای بح رانی ( )CHFرا نس بت ب ه آب خ الص گ زارش ک رد .در همین زمین ه واس الو ن انو س یال س یلیکا-آب را تهی ه ک رد و هم ان اف زایش سه برابری در CHFرا گزارش کرد.ضریب انتقال گرما جابجایی آزاد عالوه بر اینکه به هدایت گرما بستگی دارد ،به خواص دیگری مانند گرم ای وی ژه،دانس یته و ویس کوزیته دینامی ک ن یز وابس ته اس ت ک ه البته در این درصدهای حجمی پایین همان طور که انتظار می رفت و مش اهده ش د،گرم ای وی ژه و دانس یته بس یار ب ه س یال پای ه نزدی ک اس ت.ونگ ویس کوزیته آلومین ا-آب را ان دازه گ رفت و نش ان داد ک ه ه ر چ ه ذرات به تر و بیش تر پراکن ده ش وند ویس کوزیته پ ایین ت ری را مشاهده می کنیم. • وی اف زایش 30درص دی در ویس کوزیته را ب رای سوسپانس یون 3 درص د حجمی گ زارش ک رد ک ه در مقایس ه ب ا نتیج ه پ ک رچ و 3براب ر بیش تر ب ه نظ ر میرس د ک ه نش ان دهن ده وابس تگی ویس کوزیته ب ه روش تهیه نانو سیال است.ژوان ولی ضریب اصطکاک را برای نانو س یال ح اوی ی ک ت ا دو درص د ذرات مس ب ه دس ت آورد و نش ان داد که این ضریب تقریبا مشابه سیال پایه آب است.ایستمن نشان داد ک ه ض ریب انتق ال گرم ا جابج ایی اجب اری سوسپانس یون 9درص د حجمی از ن انو ذرات اکس ید مس 15،درص د بیش تر از س یال پای ه اس ت.ژوان ولی ض ریب انتق ال گرم ا جابج ایی اجب اری در جری ان آش فته را ن یز ان دازه گرفتن د و نش ان دادن د ک ه مق دار کمی از ن انو ذرات مس در آب دیون یزه ش ده ،ض ریب انتق ال گرم ا را ب ه ص ورت قاب ل ت وجهی اف زایش می ده د ،ب ه ط ور مث ال اف زودن 2درص د حجمی از ن انو ذرات مس در آب ،ح دود 39درص د انتق ال گرم ا آن را اف زایش می ده د .در ح الی ک ه در تن اقض ب ا نت ایج ب اال ،پ ک وچ و کاهش 12درصدی ضریب انتقال گرما را در سوسپانسیون حاوی 3 درص د حجمی از آلومین ا و تیتان ا در هم ان ش رایط مش اهده کردن د.پوترا ب ا ک ار روی جابج ایی آزاد،ب ر خالف ه دایت و جابج ایی اجب اری ،ک اهش انتق ال گرم ا را مش اهده ک رد.داس ب ا انج ام آزمایشهای جوشش روی آلومینا -آب نشان داد که با افزایش درصد حجمی ن انوذرات،ب ازدهی جوش ش نس بت ب ه س یال پای ه کم می ش ود.وی این ک اهش را ب ه تغی یر خ واص س طحی ب ویلر ب ه علت ت ه نش ینی ن انوذرات روی س طح ن اهموار آن نس بت داد ن ه ب ه تغغ یر خ واص س یال.یو ب ا ان دازه گ یری فالکس گرم ای بح رانی ب رای جوش ش روی س طوح تخت و م ربعی مس ک ه در ن انو س یال آب - آلومین ا غوط ه ور بودن د،نش ان داد ک ه فالکس گرم ایی این س یاالت سه برابر آب است واندازه متوسط حباب،افزایش و فرکانس تولید آنها کاهش می یابد.این نتایج را واسالو نیز تایید کرد • وی روی ن انو س یال آب -س یلیکا ک ار می ک رد و اف زایش فالکس گرمای بحرانی را برای غلظتهای کمتر از یک هزارم درص د حجمی گ زارش کرد.هن وز م دلی ب رای پیش بی نی این .5هدایت افزایشها و فاکتورهای موثر بر آن وجود ندارد. گرمای نانوسیال هدایت گرمای نانو سیال بیشترین مطالعات را ب ه خ ود اختص اص داده اس ت.این مقال ه ن یز ب ه ه دایت گرم ایی در س یال س اکن پرداخت ه اس ت.از آنج ا ک ه نانوس یال ج ز م واد م رکب و ک امپوزیتی محس وب می ش ود ،ه دایت گرم ایی آن ب ه وس یله تئ وری متوس ط م وثر ب ه دس ت می آی د که به وسیله موسوتی،کالزیوس،ماکسول و لورانزا در قرن 19ب ه دس ت آم د.اگر از ت اثیرات س طح مش ترک ن انو ذرات ک روی ص رف نظ ر ش ود،در مق ادیر بس یار ان دک ن انو ذرات[ =fج ز حجمی ن انو ذرات] هم ه م دلهای منتج از تئ وری متوس ط م وثر ،ح ل یکس انی دارن د.در م واردی ک ه ن انوذرات دارای ه دایت گرم ایی ب االیی باش ند پیش بی نی می ش ود ک ه افزایش هدایت گرمای نانو سیال f*3خواهد شد که این پیش بی نی ،تخمین خ وبی ب رای م واردی اس ت ک ه ه دایت ذرات ، بیشتر از 20برابر هدایت گرمای سیال باشد. • • • • • خواص جالبی برای نانو سیاالت گزارش شده است که در این میان،هدایت گرما بیشترین توجه را به خود جلب کرده است;ولی اخیرا خواص گرمای دیگری نیز مورد پژوهش قرار گرفته است.نانو سیاالت را می توان در زمینه های مختلفی به کار برد،اما این کار با موانعی روبرو است،از جمله اینکه درباره نانوسیال چند نکته باید بیشتر مورد توجه قرار گیرد: تطابق نداشتن نتایج تجربی در آزمایشگاههای مختلف ضعف در تعیین مشخصات سوسپانسیون نانوذرات نبود مدلها و تئوریهای مناسب برای بررسی تغییر خواص نانوسیال. نکات برگزیدهخواص استثنایی نانو سیاالت شامل هدایت گرمایی بیشتر نسبت به سوسپانسیونهای معمولی،رابطه غیر خطی بین هدایت و غلظت مواد جامد و بستگی شدید هدایت به دما و افزایش شدید فالکس گرما در منطقه جوشش است.خواص استثنایی،به همراه پایداری،روش تهیه نسبتا آسان و ویسکوزیته قابل قبول باعث شده تا نانوسیاالت به عنوان یکی از مناسب ترین و قوی ترین انتخاب ها در زمینه سیاالت خنک کننده مطرح شوند.مقدار کمی (حدود یک درصد حجمی)از نانوذرات مس یا نانولوله های کربنی در اتیلن گلیکول یا روغن به ترتیب افزایش 40و 150درصدی در هدایت گرمایی این سیاالت ایجاد می کند. پایان