Amélioration du transfert de chaleur dans les nanofluides | Nouveau domaine de recherche

Présentation du nanofluide

Le nanofluide est un fluide constitué d'un fluide de base de taille nanométrique. Les nanoparticules (1 à 100 nm) se sont dispersées dans le fluide de base. Dans l'application de l'amélioration du transfert de chaleur dans des nanofluides, des nanoparticules d'oxyde métallique ou métallique sont utilisées. Comme nous le savons, le métal et l'oxyde métallique augmentent la conduction et la convection. Au cours des dernières décennies, les progrès rapides de la nanotechnologie ont conduit à l'émergence d'une nouvelle génération de liquides de refroidissement appelés nanofluides.

Si nous analysons la dispersion solide-liquide régulière, le nanofluide a une surface efficace plus élevée et donc une surface de transfert de chaleur efficace plus élevée entre les particules et les fluides. La nanotechnologie est utilisée ou envisagée pour certaines applications visant à fournir des sources d'énergie et des emplois plus productifs.

Bien que bon nombre de ces applications n'influencent pas directement le transfert d'énergie thermique, chacune a le potentiel de réduire le besoin d'énergie électrique, de distillat de pétrole ou de gaz naturel qui, autrement, passerait par le système de transmission d'énergie. Une production et une utilisation plus efficaces de l'énergie peuvent réduire le volume des activités de construction, d'entretien et de déclassement.

La conductivité thermique

La conductivité thermique des nanofluides s'avère être une caractéristique attractive pour de nombreuses applications. Elle peut être définie comme la capacité d'un matériau à conduire ou à transférer de la chaleur. De nombreuses recherches ont été réalisées sur ce sujet

La conductivité thermique de 0.3% de nanoparticules de cuivre de nanofluides d'éthylène glycol (EG) est augmentée jusqu'à 40% par rapport au liquide de base. Les auteurs ont souligné que cette propriété joue un rôle essentiel dans la construction d'un système de transfert de chaleur économe en énergie. Une conductivité thermique plus élevée est plus élevée et la surface spécifique des nanoparticules de cuivre (Cu) est attribuée à cette amélioration.

Cependant, le rapport surface / volume (A / V) des nanoparticules est un facteur dominant influençant la conductivité thermique des nanofluides plutôt que la conductivité thermique des nanoparticules. La proportion de surface à volume (A / V) est augmentée avec des tailles plus petites de nanoparticules.

Transfert de chaleur par nanofluide

Les processus à forte production de chaleur ont généré un besoin accru de la dernière technologie pour augmenter le transfert de chaleur. De nombreuses méthodes sont disponibles pour augmenter le transfert de chaleur dans les processus. 

Le transfert de chaleur dans un processus peut être calculé comme suit:

Q = h * A * ∆T

Q est le taux de transfert de chaleur utilisé, h est le coefficient de transfert de chaleur, A est la zone de transfert de chaleur effective et ∆T est la différence de température. On observe qu'à partir de cette équation, le transfert de chaleur peut être amélioré en:

(i) Augmenter ΔT 

(ii) Augmenter A 

(iii) Augmenter h

Les améliorations du transfert de chaleur peuvent également être augmentées en augmentant le coefficient de transfert de chaleur h. En développant des méthodes de transfert de chaleur plus efficaces ou en améliorant les propriétés de transport du matériau utilisé pour le transfert de chaleur.

De l'industrie du transport aux unités de production d'énergie, le nanofluide peut être largement utilisé dans toutes les gammes, y compris dans les systèmes électroniques tels que les microprocesseurs, les micromécaniques, les systèmes électriques et le domaine de la biotechnologie.

L'amélioration des propriétés du nanofluide

Dans la plupart des cas, une augmentation de la conductivité thermique a été observée. Des tendances anormales en cas de viscosité ont été observées avec le nanofluide. La viscosité augmente lorsque les nanoparticules sont dispersées dans le fluide de base.

Pour une concentration volumique plus élevée, le comportement des nanofluides a trouvé un amincissement par cisaillement pour moins d'attention au chargement newtonien. De nombreux désaccords sont observés dans de nombreux travaux, mais même si l'on peut dire que la force de convection en cas de nanofluide est accrue par rapport au fluide de base. Cette augmentation due aux nanofluides ne dépend pas des théories conventionnelles.

Par exemple, les propriétés des nanoparticules de CuO sont présentées.

PropriétésOxyde de cuivre
Formule chimiqueCuO
CouleurNoir
MorphologieSphérique
Taille moyenne des particules (nm)30-50
Densité vraie (kg / m3)6400
Chaleur spécifique (J / kgK)531.02
Conductivité thermique (w / mK)20

 Supposons que nous voyions un nanofluide en cas de convection naturelle. On peut dire que la détérioration des résultats observée dans le nanofluide, l'augmentation de la concentration volumique entraînent une augmentation de la détérioration. D'autres expériences sont nécessaires pour mener sur des particules métalliques et avec une faible concentration volumique. Même pour la chaleur spécifique, il a été noté qu'elle est inférieure au fluide de base. Des recherches supplémentaires sont nécessaires sur la chaleur spécifique car il s'agit de paramètres essentiels dans le domaine du transfert de chaleur.

Comparaison de divers nanofluides

La conductivité thermique du nanofluide dépend de ses propriétés de particules métalliques. Différents types de nanofluides utilisés pour améliorer le transfert de chaleur dans l'échangeur de chaleur (TiO2, Al2O3, SiO2, CuO, PDG2 etc)

Il y a tellement de résultats d'expériences disponibles pour comparer différents nanofluides. Voyons une comparaison graphique de divers nanofluides. La comparaison de trois fluides de travail eau, CuO / eau, MgO / eau peut être vue dans la figure ci-dessous.

Transfert de chaleur à l'aide de nanofluides: comparaison de l'eau, du nanofluide CuO et du nanofluide MgO
Comparaison de l'eau, du nanofluide de CuO et du nanofluide de MgO

Le résultat graphique présenté entre le taux de transfert de chaleur (Q) et la température d'entrée du nanofluide. Il peut être facilement observé à partir du graphique que le nanofluide CuO montre un transfert de chaleur supérieur par rapport au nanofluide MgO et à l'eau. Le graphique est tracé pour trois températures différentes de 70, 80 et 90 ° C.

 Prenons un deuxième exemple pour en savoir plus sur une autre comparaison de nanofluides. La représentation graphique, y compris une comparaison de l'eau, Al2O3/ eau, CuO / eau est illustré ci-dessous.

Comparaison de l'eau, Al2O3 nanofluide et nanofluide CuO

 Il peut être clairement visible à partir du graphique ci-dessus que le nanofluide CuO effectue un meilleur taux de transfert de chaleur par rapport aux deux autres.

Maintenant, observons l'analyse des résultats dans le table donnée ci-après,

mc est le débit massique du liquide de refroidissement en litre par minute (Quel est le débit massique? Reportez-vous au clic). Qavg est le taux de transfert de chaleur calculé pour l'eau, Al2O3/ eau et CuO / eau. L'unité du taux de transfert de chaleur est le kW (kJ / s) (Quel est le taux de transfert de chaleur? Reportez-vous cliquez)

L'étude du tableau de résultats nous fait savoir que le nanofluide de CuO effectue un meilleur transfert de chaleur dans toutes les conditions de débit massique. Si nous faisons une comparaison des coûts, alors Al2O3 le nanofluide est moins cher que le nanofluide de CuO.

La différence de transfert de chaleur n'est pas très élevée entre Al2O3 nanofluide et nanofluide CuO. Pour rentable, l'Al2O3 Le nanofluide peut être un fluide commercial pour obtenir un transfert de chaleur amélioré.

Applications du nanofluide dans le transfert de chaleur

Le nanofluide a été utilisé ou envisagé pour de nombreuses applications pour fournir des approvisionnements et des utilisations énergétiques plus efficaces. Le nanofluide a été utilisé ou envisagé pour de nombreuses applications pour fournir des approvisionnements et des utilisations énergétiques plus efficaces. Ces applications n'influencent pas complètement la transmission d'énergie, mais elles peuvent réduire les besoins préliminaires en carburant pétrolier, en électricité, en distillat d'huile ou en gaz inflammable. Il serait en quelque sorte parcouru dans le cadre de la transmission d'énergie. Voici quelques exemples de nanofluides pour des applications explicites

Chambre à vapeur

Les recherches récentes sur le refroidissement électronique démontrent l'utilisation de nanofluides pour améliorer le taux de transfert de chaleur. La chambre à vapeur utilisée dans le refroidissement électronique est remplie de nanofluide pour un meilleur transfert de chaleur.

Impact du jet

L'impact du jet est la technologie possible pour refroidir certains appareils électroniques. L'eau est pulvérisée sur le dissipateur de chaleur pour en absorber plus de chaleur. L'utilisation de nanofluides au lieu d'eau peut extraire plus de chaleur du dissipateur thermique.

Radiateur

 Le radiateur est un échangeur de chaleur à flux croisé de type compact et utilisé pour le refroidissement du moteur. La gestion de l'espace est un enjeu majeur dans chaque véhicule automobile. La réduction de la taille des composants de refroidissement peut être possible si la fonction du composant est améliorée lors du transfert de chaleur. Le nanofluide est le liquide de refroidissement supérieur et moderne qui peut répondre à l'exigence de compacité.

Collecteur solaire parabolique et autres dispositifs solaires thermiques

Le fluide de travail circule dans le système solaire thermique en absorbant le rayonnement solaire. L'énergie solaire absorbée par le fluide de travail est généralement transférée à l'échangeur de chaleur pour d'autres applications. L'utilisation de nanofluide comme fluide de travail dans le système solaire thermique améliore ses performances et son efficacité.

Refroidissement du transformateur

Le transformateur est un équipement électrique largement utilisé pour la transmission de puissance. L'huile de refroidissement est utilisée dans le transformateur pour absorber la chaleur générée par la résistance. Les performances de l'huile de refroidissement peuvent être améliorées en ajoutant des nanoparticules dans l'huile. Ici, le fluide de base est de l'huile qui soutient la stabilité du nanofluide.

Certaines des autres applications des nanofluides dans le domaine du refroidissement et du transfert de chaleur sont indiquées ci-dessous:           

Système de refrigération

Le système de réfrigération fonctionne sur différents cycles thermodynamiques. Le réfrigérant est le fluide de travail dans le système de réfrigération. Il existe certaines expériences réalisées pour utiliser des nanoparticules avec un réfrigérant. Les chercheurs ont observé de bons résultats de concordance en utilisant des nanofluides dans certains systèmes de réfrigération.

Refroidissement du réacteur nucléaire

L'énorme quantité de chaleur est générée dans le cœur du réacteur nucléaire. Pour fournir un refroidissement suffisant, l'eau circule dans le système de condenseur. Le système nucléaire nécessite une meilleure formule de transfert de chaleur pour le système de refroidissement. Le nanofluide est une option pour améliorer le système de refroidissement du réacteur nucléaire.

Refroidissement du système de transmission du moteur

Dans un moteur à combustion interne (IC), l'huile moteur circule dans toutes les pièces de transmission, y compris la boîte de vitesses, les soupapes, le vilebrequin, le cylindre, etc. Le but de l'huile de transmission est de fournir le refroidissement et la lubrification de diverses parties du moteur IC.

 Le nanofluide a montré une stabilité supérieure dans l'huile. L'utilisation de nanofluide dans le système de transmission de moteur IC est une nouvelle ère pour les chercheurs.

Système de récupération de chaleur résiduelle dans la chaudière

Les gaz de combustion à température plus élevée sont évacués d'une cheminée dans la chaudière. L'efficacité de la chaudière peut être augmentée en absorbant la chaleur qui est gaspillée par les gaz de combustion. Le système de récupération de chaleur résiduelle est installé pour garantir l'efficacité énergétique. L'utilisation de nanofluide comme fluide de travail dans le système de récupération de chaleur résiduelle pour augmenter l'efficacité d'absorption du système.

Amélioration de l'évaporation solaire

La distillation solaire est utilisée pour convertir les eaux salines ou usées en eau potable fraîche. L'eau saline est évaporée en utilisant l'énergie solaire, et l'eau évaporée est ensuite condensée pour obtenir de l'eau fraîche.

La nanoparticule de carbone a une capacité d'absorption du rayonnement solaire plus élevée. L'utilisation de nanoparticules de carbone dans l'eau saline augmente le taux d'évaporation, ce qui conduit à des performances supérieures de distillation solaire de l'eau.

Faisabilité en tant que fluide thermique

Le nanofluide est un fluide thermique avancé pour l'application de transfert de chaleur. Les progrès des dispositifs de production d'énergie et d'électronique de puissance produisent une énorme quantité de chaleur. La génération de chaleur réduit les performances de l'appareil. Pour répondre à cette exigence, le nanofluide est inventé pour améliorer le transfert de chaleur et les performances de l'appareil.

Le nanofluide présente des performances supérieures sur le transfert de chaleur. Il peut être possible d'utiliser des nanofluides pour des applications à petite échelle. À grande échelle ou à l'échelle industrielle, il reste encore plus de recherches à faire. La préparation du nanofluide joue un rôle essentiel dans sa faisabilité. La stabilité du nanofluide est un facteur essentiel affectant sa faisabilité.

 Le nanofluide plus stable peut être plus réalisable en tant que fluide thermique.

Questions et Réponses

Pourquoi les nanofluides possèdent-ils des caractéristiques de transfert de chaleur?

Les nanofluides ont une surface spécifique explicite plus élevée et, par conséquent, une plus grande surface de conduction thermique entre les particules et les liquides.

Définition: conductivité thermique

La conductivité thermique peut être caractérisée comme la capacité d'un matériau à diriger ou déplacer la chaleur.

Quels sont les moyens d'augmenter le transfert de chaleur?

Il existe trois façons d'augmenter le transfert de chaleur en fonction de l'expression du transfert de chaleur:

  1. Augmenter ΔT (différence de température)
  2. Augmenter A (surface effective)
  3. Augmenter h (coefficient de transfert de chaleur)

Quelle est la concentration volumique de nanofluide?

La concentration volumique est un terme utilisé pour indiquer la proportion de nanoparticules dans un nanofluide préparé.

Lequel des nanofluides effectue un transfert de chaleur plus élevé dans les exemples donnés?

Nanofluide d'oxyde de cuivre (CuO).

Quel nanofluide est rentable?

Oxyde d'aluminium (Al2O3) nanofluide.

Lequel des trois nanofluides utilisés dans cet article?

Voici trois naonofluides utilisés dans cet article:

  1. Al2O3/l'eau
  2. CuO / eau
  3. MgO / eau

Donnez l'unité de transfert de chaleur.

L'unité de transfert de chaleur est le kW (kilowatt) ou kJ / s (kilo Joule / seconde)

Dans lequel des appareils électroniques, l'utilisation de nanofluides est-elle possible?

Le nanofluide peut être utilisé dans une chambre à vapeur et une configuration d'impact de jet pour le refroidissement électronique.

Quel est le nom spécifique du radiateur dans le domaine de l'échangeur de chaleur?

Échangeur de chaleur à flux croisé de type compact

Quel est le facteur dominant du nanofluide pour la faisabilité?

La stabilité du nanofluide est le facteur dominant de faisabilité.

A quoi servent les nanoparticules de carbone?

Les nanoparticules de carbone sont un bon absorbeur des radiations solaires. Il peut être utilisé dans les unités de distillation solaire pour l'amélioration de l'évaporation de l'eau.

Conclusion

Cet article est utile aux étudiants et aux chercheurs pour se faire une idée de base de certains nanofluides et de ses propriétés. L'article permet également à l'étudiant de trouver un sujet de recherche lié à la nano science et à ses applications. La comparaison de quelques fluides est présentée dans cet article pour créer une base pour l'étude avancée des fluides et des paramètres. La future portée des nanofluides est complète et attractive. Le nanofluide sera la clé pour augmenter l'efficacité de tout équipement.

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À propos de Deepakkumar Jani

Je suis Deepak Kumar Jani, titulaire d'un doctorat en mécanique-énergie renouvelable. J'ai cinq ans d'enseignement et deux ans d'expérience en recherche. Mes domaines d'intérêt sont l'ingénierie thermique, l'ingénierie automobile, la mesure mécanique, le dessin technique, la mécanique des fluides, etc. J'ai déposé un brevet sur "L'hybridation de l'énergie verte pour la production d'électricité". J'ai publié 17 articles de recherche et deux livres.
Je suis heureux de faire partie des Lambdageeks et j'aimerais présenter une partie de mon expertise de manière simpliste aux lecteurs.
Outre les universitaires et la recherche, j'aime errer dans la nature, capturer la nature et sensibiliser les gens à la nature.
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