دانلود مقاله انتقال گرما به وسیله نانوسیالات

اختصاصی از فی موو دانلود مقاله انتقال گرما به وسیله نانوسیالات دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

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 .

کاربرد نانوسیالات در افزایش انتقال حرارت

اختصاصی از فی موو کاربرد نانوسیالات در افزایش انتقال حرارت دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

آشنائی با خواص و کاربردهای نانو سیالات در افزایش انتقال حرارت:

مقدمه:
گروهی جدید از سیالات که قادر به افزایش انتقال حرارت می‌باشند، نانوسیال نامیده می‌شوند. نانوسیالات به‌وسیلة پخش و منتشر کردن ذرات در اندازه‌های نانومتری در سیالات متداول منتقل کنندة گرما، به‌منظور افزایش هدایت گرمایی و بهبود عملکرد انتقال حرارت، ساخته می‌شوند .
نتایج آزمایش‌هایی که در رابطه با نحوة انتقال حرارت بر روی چندین نمونة نانوسیال انجام شد، نشان می‌دهد که عملکرد نانوسیالات در انتقال حرارت عموماً بیشتر از آن چیزی است که به‌صورت نظری پیش‌بینی شده است. این واقعیت یک کشف اساسی در مسئلة انتقال حرارت می‌باشد .
تأثیر فناوری نانو بر ذرات و موادی که با این تکنولوژی تولید میشوند به حدی است که میتوان این گونه مواد را نسبت به مواد مشابه در سایز ماکرو مولکولی را مجزا دانست و خواص جدیدی برای آنها تعریف نمود. از جمله خواص تحت تأثیر از فناوری نانو میتوان به خواص شیمی فیزیکی ذرات نانومتری و سیالت حاوی آنها اشاره نمود که نسبت به مواد ماکرو مولکولی تفاوت‌های فراوانی دارند. مکانیزم هدایت در سیالات در مقیاس ماکرو مولکولی بسیار پایین است چرا که ضریب انتقال حرارت هدایتی سیالات (K) نسبت به جامدات بسیار پایین است. از طرف دیگر ذرات و جامدات ریز کریستالی ضریب هدایتی در حدود 31 برابر هدایت سیالات را دارند به این ترتیب می توان ضریب هدایت سیالات را با استفاده از ذرات سوسپانس شده در آنها تا حدود زیادی افزایش داد. این ذرات اکسیدهای فلزی از جنس (Al2O3,Cu,CuO) میتوانند باشند یا میتوان به جای آنها از نانو لوله‌های کربنی معلق در سیال استفاده نمود. استفاده از نانو ذرات در سیالات باعث افزایش ضریب انتقال حرارت شده و به تبع آن افزایش انتقال حرارت و کاهش هزینه‌های تولید و عملیاتی (C.P.C و O.P) میشود افزایش انتقلا حرارت باعث افزایش بازده میشود. بنابراین توان مورد نیاز پمپ و سطح انتقال حرارت کاهش مییابد که این به نوبه خود باعث کاهش هزینه های ثابت (F.C.I) میشود. همچنین افزایش بازده باعث کنترل هرچه بهتر حرارت انتقلا یافته میشود که اثرات سوء انرژی بر محیط را کاهش میدهد.

نانوسیالات و کامیون های پیشرفته
به علت نیاز به موتورهایی با نیروی بیشتر، تولید کنندگان کامیون دائماً در جستجوی راه‌هایی برای گسترش طرح‌های آیرودینامیک در وسایل نقلیه‌شان هستند. از جمله تلاش‌ها در این زمینه معطوف به کاهش مقدار انرژی مورد نیاز جهت مقابله با مقاومت‌های بالا می‌باشد. در یک کامیون سنگین معمولی، با سرعت 110 کیلومتر در ساعت، در حدود 65 درصد کل بازده موتور، صرف غلبه بر کشش‌های آیرودینامیک می‌شود که یکی از دلایل بزرگ این امر مقاومت هوا می‌باشد .
در سیستم‌های خنک کننده، با توجه به نوع سیال مورد استفاده رادیاتورهای متفاوتی مورد نیاز است. جهت انتقال حرارت از موتور به رادیاتور و در نهایت آزاد شدن این حرارت به محیط اطراف، به کارگیری سیالات با ظرفیت‌های گرمایی بالا ضروری می‌باشد .

نانوسیالات فلزی و موتورهای خنک‌کننده
ویژگی‌های موتورهای دیزلی از نظر محدودیت در واکنش‌ها و راندمان کار به سرعت در حال دگرگون شدن است. سیستم‌های خنک‌کننده باید بتوانند تحت دماهای بالاتر کار کرده و مقادیر بیشتری گرما به محیط اطراف منتقل کنند. انداز? رادیاتورها نیز باید کاهش یابد تا تجهیزات اضافی کامیون‌ها حذف شده و رفت‌و‌آمد با آنها ساده‌تر گردد. به‌طور واقع‌بینانه، محصور کردن نیروی خنک‌کنند? بیشتر در فضای کمتر، تنها با به کار بردن فناوری‌‌های جدیدی مانند نانوسیالات ممکن خواهد بود .
کاربرد دیگر این مدل‌سازی‌ها، پیش‌بینی میزان هدایت گرمایی یک نانوسیال بر مبنای غلظت، دمای عملیاتی و انداز? نانوذرات پخش شده در سیال می‌باشد. از این گذشته این امکان وجود دارد که خواص نانولایه‌هایی که روی سطح نانوذرات معلق تشکیل می‌شوند، عاملی برای افزایش بیشتر هدایت گرمایی نانوسیالات می باشد .
دو مکانیزم کلیدی حرکت براونی و نانولایه‌ها، توأماً از مهم‌ترین عوامل افزایش هدایت گرمایی سیالات انتقال دهند? گرما می‌باشند .
محققان آزمایشگاه آرگون در حال بررسی خطرات احتمالی نانوسیالات برای سیستم های رادیاتور می‌باشند. آنها موفق به ساخت وسیله‌ای شدند که قادر به اندازه‌گیری و آزمایش تأثیرجریان‌های خنک کنند? متفاوت بر عملکرد یک رادیاتور می‌باشد .
تحقیقات آینده بیشتر بر روی جنس نانوذرات به کار‌‌رونده در ساخت نانوسیالات از جمله ذرات آلومینیوم و نانوذرات اکسید فلزی روکش شده متمرکز خواهد شد .

مروری بر تأثیرات نانو ذرات فلزی در انتقال حرارت نانو سیالات
تأثیر فناوری نانو بر ذرات و موادی که با این تکنولوژی تولید میشوند به حدی است که میتوان این گونه مواد را نسبت به مواد مشابه در سایز ماکرو مولکولی را مجزا دانست و خواص جدیدی برای آنها تعریف نمود. از جمله خواص تحت تأثیر از فناوری نانو میتوان به خواص شیمی فیزیکی ذرات نانومتری و سیالت حاوی آنها اشاره نمود که نسبت به مواد ماکرو مولکولی تفاوت‌های فراوانی دارند. مکانیزم هدایت در سیالات در مقیاس ماکرو مولکولی بسیار پایین است چرا که ضریب انتقال حرارت هدایتی سیالات (K) نسبت به جامدات بسیار پایین است. از طرف دیگر ذرات و جامدات ریز کریستالی ضریب هدایتی در حدود 31 برابر هدایت سیالات را دارند به این ترتیب می توان ضریب هدایت سیالات را با استفاده از ذرات سوسپانس شده در آنها تا حدود زیادی افزایش داد. این ذرات اکسیدهای فلزی از جنس (Al2O3,Cu,CuO) میتوانند باشند یا میتوان به جای آنها از نانو لوله‌های کربنی معلق در سیال استفاده نمود. [1] استفاده از نانو ذرات در سیالات باعث افزایش ضریب انتقال حرارت شده و به تبع آن افزایش انتقال حرارت و کاهش هزینه‌های تولید و عملیاتی (C.P.C و O.P) میشود افزایش انتقلا حرارت باعث افزایش بازده میشود. بنابراین توان مورد نیاز پمپ و سطح انتقال حرارت کاهش مییابد که این به نوبه خود باعث کاهش هزینه های ثابت (F.C.I) میشود. همچنین افزایش بازده باعث کنترل هرچه بهتر حرارت انتقلا یافته میشود که اثرات سوء انرژی بر محیط را کاهش میدهد.

انتقال گرما به وسیله نانوسیالات

اختصاصی از فی موو انتقال گرما به وسیله نانوسیالات دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

1. مقدمه
سیستم‌های خنک کننده، یکی از مهم‌ترین دغدغه‌های کارخانه‌ها و صنایعی مانند میکروالکترونیک و هر جایی است که به نوعی با انتقال گرما روبه‌رو باشد. با پیشرفت فناوری در صنایعی مانند میکروالکترونیک که در مقیاس‌های زیر صد نانومتر عملیات‌های سریع و حجیم با سرعت‌های بسیار بالا (چند گیگا هرتز) اتفاق می‌افتد و استفاده از موتورهایی با توان و بار حرارتی بالا اهمیت به سزایی پیدا می‌کند، استفاده از سیستم‌های خنک‌کننده پیشرفته و بهینه، کاری اجتناب‌ناپذیر است. بهینه‌سازی سیستم‌های انتقال حرارت موجود، در اکثر مواقع به وسیله افزایش سطح آنها صورت می‌گیرد که همواره باعث افزایش حجم و اندازه این دستگاه‌ها می‌شود؛ لذا برای غلبه‌ بر این مشکل، به خنک کننده‌های جدید و مؤثر نیاز است و نانو سیالات به عنوان راهکاری جدید در این زمینه مطرح شده‌اند. [1]
نانوسیالات به علت افزایش قابل توجه خواص حرارتی، توجه بسیاری از دانشمندان را در سال‌های اخیر به خود جلب کرده است، به عنوان مثال مقدار کمی (حدود یک درصد حجمی) از نانوذرات مس یا نانولوله‌های کربنی در اتیلن گلیکول یا روغن به ترتیب افزایش 40 و 150 درصدی در هدایت حرارتی این سیالات ایجاد می‌کند [2] [3]؛ در حالی که برای رسیدن به چنین افزایشی در سوسپانسیون‌های معمولی، به غلظت‌های بالاتر از ده درصد از ذرات احتیاج است؛ این در حالی است که مشکلات رئولوژیکی و پایداری این سوسپانسیون‌ها در غلظت‌های بالا مانع از استفاده گسترده از آنها در انتقال حرارت می‌شود. در برخی از تحقیقات، هدایت حرارتی نانوسیالات، چندین برابر بیشتر از پیش‌بینی تئوری‌ها است. از دیگر نتایج بسیار جالب، تابعیت شدید هدایت حرارتی نانوسیالات از دما [4] [5] و افزایش تقریباً سه برابری فلاکس حرارتی بحرانی آنها در مقایسه با سیالات معمولی است [6 و7].
این تغییرات در خواص حرارتی نانوسیالات فقط مورد توجه دانشگاهیان نبوده در صورت تهیه موفقیت‌آمیز و تأیید پایداری آنها، می‌تواند آینده‌ای امیدوارکننده در مدیریت حرارتی صنعت را رقم بزند. البته از سوسپانسیون نانوذرات فلزی، در دیگر زمینه‌ها از جمله صنایع دارویی و درمان سرطان نیز استفاده شده است [8]. به هر حال تحقیق در زمینه نانوذرات، دارای آینده‌ای بسیار گسترده است [9].