Въведение

Топлопроводимостта е способността на материалите да улесняват ефективно преноса на топлина. Безброй индустрии зависят от материали с висока топлопроводимост за проектиране и производство на енергийно ефективни устройства, инструменти и конструкции. Ниската топлопроводимост може да бъде основно ограничение при проектирането на топлинни технологии, особено тези, които съдържат течности за пренос на топлина. Наночастиците със свойства на топлопроводимост, които са включени в течност за пренос на топлина, предлагат решение, което често може да се използва за увеличаване на топлопроводимостта на смесите. Наночастиците обикновено имат по-високи стойности на проводимост, които, когато достигнат подходяща концентрация, могат да улеснят по-ефективния топлообмен. Експеримент, проведен от изследователи на Thermtest, изследва поведението по отношение на топлината и движението на разтворител на етилен гликол, смесен с наночастици на основата на сажди с топлопроводимост.

Материал

Саждите са специфичен вид въглерод, който се образува при непълно изгаряне и термично разлагане на газообразни или течни въглеводороди в контролирана среда. Този процес генерира фино гранулиран прах, който е един от 50-те най-произвеждани химикали в света. Повече от 90% сажди се използват като пълнител в каучуковата промишленост. Той обаче е важен компонент на много мастила и пигменти. Това е вещество, което има относителна проводимост и се използва в електрическата индустрия за производство на електроди и въглеродни четки.

Етилен гликол (CH2OH) 2 е леко вискозен алкохол с ясен външен вид, силно отровен за хората и животните при поглъщане. Най-често употребата на етиленгликол е в автомобилния антифриз. Освен това е разтворител, който често се използва като среда за пренос на топлина. Тази бележка за приложението описва как определени концентрации на наночастици от сажди, диспергирани в етиленгликол, могат да имат ефект върху способността за топлопреминаване на течностите.

нанофлуидите

Фигура 1: Бутилка за проба от етилен гликол и проба от сажди на прах

Методи и резултати за топлопроводимост

Методът на преходна гореща тел (THW) се използва за измерване на топлопроводимостта на 7 сферични смеси от сажди и етилен гликол. Методът THW придоби признание в научната общност като най-надеждния и точен метод за измерване на топлопроводимостта, с точност в рамките на няколко десети от 1%. За този експеримент беше използван течният топлопроводим течен THW-L2 на Thermest (Фигура 2). Концентрациите на сажди LITX ® на изследваните проби са 1, 2, 3, 5, 7, 9 и 11 тегловни%. Всяка концентрация се поставя в центробежен миксер за 5 минути при скорост 2000 rpm. Сместа беше класифицирана като еднородна, когато пробата изглежда блестяща, когато се разстила върху хартия. Топлопроводимостта на флуида е измерена при температури от 20 и 30 ° C. Таблица 1 показва стойностите на топлопроводимостта на течностите, измерени във ватове в минута на градуси по Келвин, като функция от концентрацията.

Фигура 2: Измервател на топлопроводимост на течност THW-L2 с държач за проби, анализиращ топлопроводимостта на течности и пасти.

Тегловни проценти сажди Теплопроводимост W/mK
0 0,260
1 0,265
две 0,272
3 0,280
5 0,299
7 0,320
9 0,339
единадесет 0,360

Таблица 1: Топлинна проводимост (W/mK) на флуида на основата на сажди и етилен гликол като функция от концентрацията.

Фигура 3: Топлопроводимост (W/mK) на флуида на основата на сажди и етилен гликол като функция от концентрацията.

Скоростни методи и резултати

Вторият тест, извършен върху смесите от наночастици, е свързан с тяхното вискоеластично поведение. "Visco" се отнася до деформация на флуид, когато е изложен на външна сила, а "еластичност" описва способността на флуида да се върне в първоначалната си форма след отстраняване на силата. Когато под налягане се постави чиста вискозна течност, резултатът е трайно пренареждане на частиците. Чистата и еластична течност под налягане натоварва и разтоварва силата, образувайки извити линии на напрежение и напрежение. Това поведение на течностите е описано в техните реологични свойства. За целите на тази работа реологичното поведение на течностите е измерено с помощта на реометър Bohlin Gemini и успоредни плочи при постоянна температура от 20 ° C.

Експериментът стигна до заключението, че топлопроводимостта на топлоносителя се увеличава с увеличаване на термичната концентрация на сажди. Концентрация на сажди от 9% или по-висока задейства прехода от чиста, вискозна течност към еластична течност. Това поведение е често срещано в триизмерна структура, разработена чрез нековалентни взаимодействия.

Фигура 4: Връзка между удебеляване/изтъняване от срязване в сравнение с нютонова стабилност Източник: https://www.rheosense.com/applications/viscosity/newtonian-non-newtonian

Завършеност

Очакват се повече изследвания върху реологичните свойства на наночастиците сажди, потопени във флуиди, с цел по-нататъшно разбиране на топлинните възможности на тези материали. Модифицирането на течностите за пренос на топлина, за да станат ефективни топлопроводници, може да доведе до икономия на разходи и енергия, особено за индустрии, които изискват широкомащабен трансфер на енергия.

Препратки

Mylona, ​​S. (2019). Изследване на топлопроводимостта и скоростта на нанофлуидите за пренос на топлина от сажди. Изследване на топлопроводимостта и скоростта на нанотечности за пренос на топлина на основата на сажди. 1-ва международна конференция на нанофлуидите, (S7), 460 - 463.

Шенкланд, И., и Лекция: 10. Симпозиум по термофизични свойства. Gaithersburg, MD (САЩ), 20-23 юни 1988 г. (1989). Преходен метод с гореща тел за измерване на топлопроводимостта на газове и течности. (Преходен метод с гореща тел за измерване на топлопроводимостта на газове и течности). Международен вестник по термофизика, 10: 3, 673-686.