-
سبد خرید شما خالی است!
نمایش منو
سبد خرید شما خالی است!
در ادامه مقالات آموزشی رشته مهنسی مکانیک گرایش سیالات در این مقاله آموزشی به آشنایی با نانوسیال و کاربرد های آن می پردازیم که امیدواریم برای شما مفید واقع شود.
به سیالی که دارای ذرات با ابعاد نانو می‌باشد نانو سیال گفته می‌شود. این نوع سیالات توسط ذرات کلوئیدی معلق با ابعاد نانو در یک سیال پایه طراحی شده‌اند. ذرات نانو استفاده شده در نانو سیالات عموماً شامل فلزات، اکسیدها، کاربیدها یا نانو لوله‌های کربنی می‌شوند. سیال پایه‌ای که بطور معمول برای تهیه نانو سیال استفاده می‌شود، آب، اتیلن گلیکول و روغن می‌باشد. نانو سیالات ویژگی های‌جدیدی دارند که آنها را برای کاربردهای انتقال حرارت سودمند کرده است. این سیالات رسانش گرمایی و ضریب انتقال حرارت هدایتی بالاتری را نسبت به سیال پایه از خود نشان می‌دهند.
آگاهی از رفتار رئولوژیک نانوسیال جهت تصمیم‌گیری درمورد مناسب بودن نانو سیال برای کاربردهای انتقال حرارت بسیار مهم به نظر می‌رسد. در تحلیل‌های دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)، نانو سیال‌ها به صورت سیالی تک فاز در نظر گرفته می‌شوند، گرچه در مقالات جدید فرض دوفازی نیز در نظر گرفته شده است. تئوری فرض تک فاز بودن نانو سیال زمانی که خواص فیزیکی نانو سیال بصورت تابعی از هر دو ترکیب سیال پایه و ذرات نانو باشد می‌تواند بکار گرفته شود. در نانو سیالات این نکته پذیرفته شده است که حرکت ذرات نانو از خط جریان پیروی نمی‌کند؛ در حقیقت عواملی باعث القای سرعت لغزشی بین سیال پایه و نانو ذرات می‌شود. حرکت نانو ذرات تأثیر معناداری روی رئولوژی و خواص ترموفیزیکی نانو سیالات می‌گذارد، بنابراین تحقیق و بررسی حرکت ذرات نانو برای ارزیابی عملکرد آنها در ضمن قرارگیری در سیال پایه در مدیوم انتقال حرارت ضروری می‌باشد.
برای تهیه نانو سیالات دو روش وجود دارد: 1- روش دو مرحله‌ای 2 – روش تک مرحله‌ای
روش دو مرحله‌ای:
این روش بصورت وسیعی برای تهیه نانو سیالات مورد استفاده قرار می‌گیرد. نانو ذرات، نانو فیبرها، نانو لوله‌ها یا دیگر نانو موادها در این روش ابتدا به صورت پودر خشک توسط روش‌های فیزیکی و شیمیایی تولید می‌شوند. سپس در مرحله دوم فرآیند با کمک تحریک نیروی مغناطیسی شدید، تحریک مافوق صوت، اختلاط تنش بالا، همگن سازی و آسیاب گلوله‌ای پودرهای در ابعاد نانو داخل سیال پراکنده می‌شود. روش دو مرحله‌ای روشی اقتصادی برای تولید نانو سیالات در مقیاس بزرگ است؛ زیرا هم اکنون تکنولوژی‌های اختلاط نانو پودرها برای تولید در سطوح صنعتی رشد کرده‌اند. با توجه به مساحت بالا و کنش سطحی نانو ذرات، این مواد تمایل دارند تا به صورت توده درآیند. مهمترین روش برای افزایش پایداری نانو ذرات در سیالات، استفاده از سورفاکتانت (ماده فعال سطحی) ها است. با این حال کارآمدی سورفاکتنت‌ها مخصوصاً برای کاربردهای در دمای بالا همچنان یک نگرانی بزرگ به حساب می‌آید.
روش تک مرحله‌ای:
برای جلوگیری از توده شدن نانو ذرات روش فیزیکی تک مرحله‌ای چگالش بخار برای تهیه نانو سیالات اتیلن گلیکول/ Cu توسعه داده شده است. فرآیند تک مرحله‌ای بصورت همزمان شامل تهیه و پراکندن با هم نانو ذرات در سیال است. در این روش از انجام فرآیندهای خشک کردن، ذخیره، انتقال و پراکندن نانو ذرات جلوگیری شده و در نتیجه توده‌های تشکیل شده نانو ذرات کوچک می‌شود و پایداری نانو سیالات افزایش می‌یابد. فرآیندهای تک مرحله‌ای می‌تواند نانو ذرات را بصورت همگن پراکنده کند و ذرات می‌توانند بصورت پایدار در سیال پایه معلق شوند. با این حال برای روش تک مرحله‌ای معایبی وجود دارد که مهمترین آن رسوب واکنش دهنده‌ها است که در نانو سیالات بدلیل واکنش یا موازنه ناقص فرآیند باقی می‌ماند. به همین دلیل توضیح اثرات نانو ذرات بدون از بین بردن اثر ناخالصی رسوب واکنش دهنده‌ها مشکل است.
مزیت ها و کاربردها:
از مزیت‌های استفاده از نانو سیالات می توان به موارد زیر اشاره کرد:
1 – سطح مخصوص بالا و متعاقب آن سطح انتقال حرارتی بیشتر مابین ذرات و سیالات
2 – ثبات پراکندگی بالا به دلیل اثر غالب حرکت براونی ذرات
3- کاهش توان پمپ در مقایسه با سیال خالص در دست‌یابی به شدت انتقال حرارت یکسان
4 – خواص منعطف (قابل تغییر) شامل ضریب هدایت گرمایی و قابلیت میزان سطح خیس با تغییر غلظت ذرات در جهت وفق شرایط برای کاربری‌های مختلف
برای صنعت برق آمریکا، استفاده از نانو سیالات در سیکل‌های بسته سرمایش می‌تواند چیزی در حدود 10 الی 30 تریلیون بی تی یو انرژی را در سال ذخیره کند ( معادل انرژِی مصرفی 50 تا 150 هزار خانوار) که این کاهش مصرف انرژی رابطه مستقیمی با نشر تقریباً ۶/۵ میلیون تن کربن دی اکسید، 8600 تن اکسید نیتروژن و 2100 تن اکسید سولفور دارد.
برای انجام پروژهای نانوسیال از نرم افزارهای مانند Fortran, Fluent و OpenFoam استفاده می شود که می توانید برای مشاهده محصولات مربوطه می با کلیک بر روی عنوان نانوسیال به محصولات مربوطه هدایت شوید. لازم به ذکر است که نرم افزارهای نام برده شده از مهم ترین نرم افزارهای مهندسی مکانیک در مقطع کارشنسی ارشد است که بسیاری از دانشجویان و علاقمندان با استفاده از از نرم افزارهای نام برده شده به ارایه مقالات آموزشی و پژوهشی و پایان نامه های کارشناسی ارشد می پردازند.
هم چنین می توانید برای مشاهده مقاله های آموزشی بیشتر در رشته مهندسی مکانیک گرایش سیالات با کلیک بر روی عنوان های زیر به مقاله های زیر هدایت شوید:
- آشنایی با نرم افزار OpenFoam
