使用纳米流体传热增强,概述

B.N.Kharad几何级数.巴Ghodke, A.P.Avhad

Asst.教授,机械工程系,VACOE Ahmednagar。马哈拉施特拉、印度
Asst.教授,机械工程系,HSBPVT, GOI, COE Kashti,马哈拉施特拉、印度
Asst.教授,机械工程系,SCSMCOE Nepti, Ahmednagar,马哈拉施特拉、印度

文摘

已经有越来越多的兴趣nanofluid及其在传热增强使用。纳米流体中纳米颗粒的悬浮液液显示显著增强的属性在适度的纳米颗粒浓度。纳米流体是拟单相介质包含稳定的胶体分散系超细或nanometric金属或陶瓷粒子在一个给定的流体。本文将介绍最新进展在过去的十年里,研究人员与纳米流体作为工作流体传热增强。简要概述提出了理解这一概念的演变,热传导的可能机制nanofluid和领域的应用程序。为了把nanofluid传热技术付诸实践,基础研究非常需要理解的物理机制。

关键字

纳米流体,纳米粒子,Nanofluid的传热增强,应用。

介绍

纳米流体由基液富含纳米大小的粒子(不到100海里)。纳米流体的特点是基地的一个浓缩液体如水,乙二醇或石油与纳米颗粒在金属等多种类型,氧化物、碳化物、碳。主要是一般召回了纳米流体可以典型二氧化钛在水里,错在水里,在水中氧化铝,氧化锌在乙二醇。今天纳米流体已经广泛的应用于交通运输、发电、核能、航天、微电子学、生物医学和许多地区除热。

正常的流体有一些关于传热的主要缺点。

1。粒子迅速解决,表面形成一层,减少液体的传热能力。

2。如果增加液体的循环率,减少沉降,但传热设备的腐蚀,管道等迅速增加。

3所示。粒子的大小往往会堵塞流动通道,特别是如果冷却通道狭窄。

4所示。流体的压降大幅增加。

钱德拉塞卡等人[1]进行了实验和理论研究的有效导热系数和粘度的氧化铝/水纳米流体。纳米粒子在这项研究中,使用微波辅助化学沉淀方法制备,然后分散在蒸馏水使用超声发生器。在试验研究发现,热导率和粘度值增加与纳米粒子体积浓度。获得的理论价值是在良好的协议与实验结果。苏雷什等人[2]研究了传热和压降特性通过均匀加热圆管使用Alumina-Copper /水混合充分发展层流条件下纳米流体。在这项研究中,混合粒子在热化学合成路线。使用的体积浓度为0.1%,使用的成分是90%的氧化铝和10%的铜。各种粉是用氢还原法和纳米流体获得的基液水。最大提高13.56%的努塞尔特数得到的雷诺数1730努塞尔特数相比,水。的摩擦系数比alumina-water纳米流体和被发现更。

黄等[3]研究了水的压降和对流传热系数基于氧化铝纳米流体流经均匀加热圆管内充分发展的层流政权。实验结果表明,nanofluid摩擦系数的数据显示一个好的协议从单相流的达西方程分析预测。然而,纳米流体的对流传热系数增加8%的浓度0.3卷%与纯净水相比,这种增强由国王无法预测方程。此外,实验结果表明,对流传热系数的提高超过了,由热导率大幅提高。在这项研究中,基于规模分析和数值解,他们表现出速度剖面诱导的压扁等大型散装梯度特性纳米颗粒浓度、热导率和粘度。

苏雷什等[4]合成Al2O3-Cu混合粒子由氧化铝粉末混合物和氢还原技术措挺重的比例从化学路线获得synthesisAl2O3-Cu /水混合纳米流体体积浓度从0.1%到2%被由合成了各种粉末分散在去离子水。实验结果表明,准备混合纳米流体的热导率和粘度与纳米颗粒体积浓度增加。纳米流体的热导率和粘度测量,它已经发现,粘度增加大大高于其热导率的增加。导热系数的实验测量显示的最大提高2%的体积浓度为12.11%。实验结果与经典理论模型相比在文学。

暗色等[5]合成了各种Al2O3-Cu混合粉的热化学方法和烧结的比较分析获得的固体样品的机械和电气性能。Nano-crystalline Al2O3-Cu粉末是由热化学路线通过以下阶段:喷雾干燥,前驱粉、氧化还原氢和均化。粉末的特性包括差热、热重分析、x射线衍射和AEM加上EDS。规模生产粉末20-50nm有明显的团聚体的存在。许多研究人员已经使用各种纳米流体传热的增强。现在调查的目标是估计实验中的努塞尔特数湍流流动的氧化铝/水纳米流体通过一个蛇形管路径在恒热流条件下和估计湍流流动的努塞尔特数氧化铝/水纳米流体通过一个蛇形管附件的路径在恒热流条件下微鳍。

制备NANOFLUID

主要有两种方法来制备纳米流体:一个两步的过程中,纳米颗粒或纳米管是第一个生产干粉。生成的纳米颗粒被分散到液体在第二步。单步nanofluid处理方法也被开发出来。

两步方法

一些研究,包括纳米流体最早的调查,使用一个两步的过程中,纳米颗粒首先生产干粉。这种方法更广泛用于生产纳米流体因为技术商业化了。各种物理、化学和激光方法可用于生产的纳米粒子用于纳米流体。

一步的方法

纳米粒子可以在干燥结块、存储和运输过程中,导致的困难在以下两步方法的分散阶段。因此,前景不理想的稳定性和热导率。此外,生产成本高。

纳米流体的物理

2004年伊士曼的奈米流体属性评估碳纳米管。[6]的驱动力研究有趣的属性惊人的高导电率、低密度、高纵横比其他因素。作为他们的研究并没有产生预期的结果,干预因素的重要性是极度调查[7]。他们发现纳米管的对齐,卷装,纤维和基质之间的附着力,粒子负责偏差的结果。根据2004年伊士曼,粒子涂层起着消极的作用在纳米粒子的性能对提高基础流体的热导率只有3%重量加载的纳米管。

作为另一个例子崔等。[8]2003年观察到的导热系数增加300% Nanofluid相比,基于流体。崔对齐因素被证明是重要的人在2003年额外的热导率10%已经增加导热系数(300%)是观察管与流体运动方向。作为他们的结论蔡等人认为矩阵和管之间的相互作用是一个重要因素,以及界面阻力,长宽比。令人惊讶的是他们用分子动力学和原子论的模拟作为一个工具,用于更好地理解和分析管理现象。

传热的应用程序

神奇的功能纳米流体的传热增强鼓励研究者在最近几十年发展的概念和技术制造商所倡导的紧凑,小型化和内在的电子芯片。令人振奋的需求更高的速度,多个功能,更强大和更小的尺寸的板几乎翻了一倍电子芯片上的晶体管数量与生产局部热流在10 MW / m2and总功率超过300 W。承诺履行这一重要的需求,技术“振荡热管Nanofluid”和“与可调热性能Nanofluid”出现的et al。分别是2006年和2008年菲利普等[9](无花果。1顶部和底部分别行)。据马等。“没有退出成本低冷却机制,可以有效地管理这个热量有效”。据菲利普et al .,观察到的可逆的可调热性能的Nanofluid % 300的优势基于流体导热系数的增加可能会发现许多技术应用这种液体nanoelectromechanical系统(NEMS)和基于微机电系统(MEMS)的设备。

冷却的要求,例如,根据当前或磁场可以精确设定来获得所需的TC水平增强或冷却。虽然不存在典型的答案解释的奇怪行为Nanofluid材料到目前为止,研究人员能正确解释的伟大特权纳米粒子在微粒子形成浓缩液体的高效排热能力。他等[10]。2008解释说,一方面宏观/微观粒子带来的小热增强基液,而另一方面磨损,通道堵塞和更高的压降相对高于纳米流体。此外根据伊士曼et al . 2004,实现这样一个增强浓度高于% 10体积分数必须应用很容易面临稳定和流变紊乱。他等人出色的稳定性,进一步强调了纳米流体的热导率高于目前宏观模型所预测的,以及他们的优势小压降。有趣的是伊斯曼等人指出类似的属性伴随强烈依赖于温度效应的优点和临界热通量显著增加(高达3倍基本流体)。在纳米流体的研究人员喜欢Jeyhooni et al。[11] 2012年,他2006年和2012年,Madhusree et al . 2012得出一个最佳点存在一个直接的提升趋势的电导率Nanofluid粒子浓度的增加和减少的粒子大小。

纳米流体的优点

壮观的纳米流体传热/清除能力增强可以妥善解决当今世界的能源需求和排放问题。在美国,利用纳米流体为工业冷却可能导致巨大的节能和减排。对美国产业,更换冷却和加热水与纳米流体有可能节约1万亿Btu的能量。美国电力行业,使用纳米流体在闭环冷却周期每年可以节省约10 - 30万亿Btu(相当于年度能源消耗约50000 - 150000户)。相关的减排将大约560万吨的二氧化碳;8600吨氮氧化物;和21000吨二氧化硫。

更本地化的结束点,更快和更可靠的数据服务器和计算机、电子设备、传感器和致动器可以明显提高业务,降低电路的实例烧伤和电,从而节省大量的钱最终用户和服务提供者。因此20亿dollar-peryear的潜在投资估计流入这个伟大的技术。图2显示了一个令人惊讶的优势% 60多服务器冷却预计带来的效率显著提高效率的服务提供者。

问题和缺点

原子水平的知识

根据伊士曼et al . 2004年[12],尽管潜在的纳米流体的使用范围广泛的应用程序是有前途的,严重阻碍事实发展的领域和应用程序是一个详细的原子水平的理解机制(s)负责观察到的属性更改仍然遥遥无期。在缺乏财政知识的人依靠一些简单的模型和在某些情况下大差异预测和测量仍然是一个秘密。作为一个实例,提出了不同的场景[6]等2004来解释的真正原因非常低电导率测量的碳纳米管在水里。

b。毒性和处置问题

像硅的纳米粒子及其健康威胁和存在这些粒子在水生环境将严重危害人类和动物的生活通过消化和吸入这些污染物。因此一些问题关于纳米流体在电厂系统的使用包括纳米颗粒的数量的不可预知性,冲走了沸腾蒸汽。另一个担忧是什么额外的安全措施必须Nanofluid的处理。因此必须采取额外的谨慎关于材料的浓度和处置的要求开发标准和程序的指导和训练。

c。侵蚀和磨损

的纳米粒子在微指令的优点,仍然存在问题的磨损和腐蚀问题与这些微粒。特别是,考虑可能的化学反应和氧化材料的媒体(墙壁和流体基础)必须仔细地占。作为一个实际的措施,黄和莱昂2009[13]指的事实,应用Nanofluid沸水反应堆冷却剂(BWR)预计最小因为纳米颗粒结转涡轮机和冷凝器将提高侵蚀和污染问题。

d。成本抑制

使用钻石、黄金、白银、和研究人员研究了帕特尔和同事2003[14],伊士曼2004 Ma et al . 2006。副集成成本的黄金在水Nanofluid装载体积分数为0.011%卷系统包含200毫升的液体将达到40351美元。作为另一个实例,200毫升的价格1%的体积加载water-carbon纳米流体将65002美元[15]。本文作者的观点,可对成本效率上面除了技术方面的解释将限制实验室规模的实验和原型系统的开发仍然相当一段时间。

结论

纳米流体制冷技术有多种应用于发电、工业、信息技术[16],和商业部分。承诺的优势通过增强纳米流体的传热概括为嘘声在发电效率和安全性,产品尺寸,成本和减少废物,产品质量和美学改善,能源消耗和减排,更快的通信和计算,最终在一个词的繁荣社会。除了研究和交流不仅将无法评价推进科学,也会拉近研究者形成词的不同部分在一起愉快的参与和合作。

最后许多未知的危险和纳米流体的利用率必须加以解决,以确保这种先进技术的令人印象深刻的角色把地球上的生命向更繁荣[17]。这最终将彻底年的广泛的研究和发展模型,实验和专利。

引用

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