انتقال حرارت در نانو سیالات(1)

مقدمه

 استفاده از سیالات به منظور انتقال حرارت از سالها پیش مورد توجه بوده است. همچنین از سالها پیش مشخص شده بود كه با اضافه نمودن ذرات جامد به صورت معلق به سیال پایه، انتقال حرارت افزایش خواهد یافت چرا كه ضریب هدایت حرارتی این ذرات، صدها مرتبه بیشتر از سیالات پایه می‌باشد. در نتیجه انتظار می‌رود با استفاده از این ذرات در سیال پایه، انتقال حرارت سیال افزایش قابل ملاحظه‌ای داشته باشد. ذرات جامدی كه به این منظور مورد استفاده قرار می‌گیرند از انواع مختلفی نظیر ذرات فلزی، غیر فلزی و یا پلیمری می‌باشند. همانطور كه عنوان شد این مسأله یعنی افزایش ضریب هدایت حرارتی سیال با افزودن ذرات ریز به سیال موضوع جدیدی نبوده و از حدود صد سال پیش در رابطه با ذرات میلی‌متری و میكرومتری مورد توجه قرار گرفته است.

o نانو سیالات:

با وجود افزایش انتقال حرارت توسط ذرات میكرومتری افزوده شده به سیال پایه،‌ استفاده از ذرات جامدی این ابعاد، مشكلاتی نیز ایجاد می‌نماید كه از آن جمله می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

- رسوب یا  ته نشینی ذرات (Sedimentation)

- سائیدگی(Erosion)

- مسدود نمودن لوله‌ها (Fouling )

- افزایش افت فشار در مجرای سیال (pressure drop of the flow channel)

پیشرفتهای صورت گرفته در تكنولوژی مواد امكان غلبه بر مشكلات فوق را با استفاده از نانو ذرات جامد فراهم كرده است. در واقع نانو سیالات را می‌توان با تعریفی اینچنین معرفی كرد:

سیالات حاوی ذرات معلق جامد كه سبب ایجاد جهشی در پدیدة انتقال حرارت می‌شوند.

این نانو ذرات می‌توانند خواص انتقالی و حرارتی سیال پایه را تغییر دهند.

روش‌های تولید نانو سیالات

با توجه به اینكه موضوع مورد بحث، انتقال حرارت در نانو سیالات است، به طور خلاصه به روش تولید نانو سیالات پرداخته می‌شود. به طور عمده 2 روش برای تولید نانو سیالات متصور است:

1)  روش دو مرحله‌ای (Two-step process)

مرحله نخست این روش شامل تولید نانو ذرات به صورت یك پودر خشك بوده كه اغلب توسط كندانس نمودن با یك گاز بی اثر انجام می‌شود. در مرحلة بعد نانو ذرات تولید شده در سیال پخش می‌گردند.

نكتة اساسی در این روش تجمع نانو ذرات بر اثر چسبندگی آنها به همدیگر است كه از معایب این روش به شمار می‌آید. شكل (1) این مطلب را به طور واضح نشان می‌دهد.

2) روش تك مرحله‌ای (Single-step process)

در این روش از یك مرحله كه تبخیر مستقیم است استفاده می‌گردد. مزیت استفاده از این روش آن است كه تجمع ذرات بر اثر چسبندگی آنها به یكدیگر به طور قابل ملاحظه‌ای كاهش یافته و به حداقل می‌رسد. شكل 2 گویای این موضوع می‌باشد.

همچنین یك نكته اساسی در روش‌های تولید نانو سیالات ایجاد پایداری برای ذرات معلق جامد، با بهره‌گیری از خواص سطحی ذرات معلق و نیز پیشگیری از ایجاد خوشه‌ای ذرات است. در این راستا سه روش عمده وجود دارد:

1- تغییر میزان pH

2- استفاده از سورفكتانت‌ها (surface activators)

3- استفاده از ارتعاشات مافوق صوت (ultrasonic vibration)

ادامه دارد...