Les contenus suivants sont expliqués dans ces articles:
- Définition nanofluide | qu'est-ce que le nanofluide?
- Qu'est-ce que le fluide de base?
- Comment fabriquez-vous un nanofluide?
- Qu'est-ce que le nanofluide hybride?
- Utilisations du nanofluide | applications du nanofluide
- Types de nanofluide et ses propriétés
Définition nanofluide | Qu'est-ce que le nanofluide?
Nanofluide est un fluide constitué d'un fluide de base contenant des nanoparticules (1 à 100 nm) en suspension. Les nanoparticules utilisées dans ce type d'études sont constituées d'un métal ou d'un oxyde métallique, augmentent la conduction et la convection, permettant un transfert de chaleur plus important. Au cours des dernières années, les progrès à grande vitesse de la nanotechnologie ont fait émerger des fluides caloporteurs de nouvelle génération appelés nanofluide.
Prenons l'exemple, vérifiez la figure ci-dessous. Les nanoparticules de CuO (oxyde métallique) sont ajoutées pour fabriquer un nanofluide avec une fraction volumique de 0.25% de CuO. La nanoparticule est dispersée dans l'eau distillée (fluide de base). Le tensioactif dodécyl sulfate de sodium (SDS) est ajouté au nanofluide pour la stabilité des nanoparticules.
Qu'est-ce que le fluide de base?
Les nanoparticules sont mises en suspension dans un liquide de refroidissement ordinaire comme l'eau distillée, l'éthylène glycol, l'huile, les réfrigérants, etc. Ce liquide de refroidissement ordinaire largement utilisé est connu sous le nom de fluide de base.
Vous avez peut-être remarqué que le mécanicien changeait ou versait du liquide de refroidissement dans le radiateur de votre voiture. Tu te souviens de sa couleur? Oui, c'est vert. Ce fluide de couleur verte (liquide de refroidissement) est l'éthylène glycol.
Connaissons l'huile fluide de base. Vous avez peut-être remarqué que le mécanicien changeait l'huile de votre voiture ou de votre vélo. C'est une huile de système de lubrification et de transmission. Ce type d'huile peut être un fluide de base pour la préparation de nanofluides.
Comment fabriquez-vous un nanofluide?
La préparation de nanofluide peut être possible en suivant deux méthodes largement utilisées. Il est préparé en dispersant des nanoparticules dans un fluide de base avec un MAGNETIZE tm agitateur et sonicateur, comme le montre la figure "Préparation du nanofluide : Sonicator".
Il existe deux types d'agitateurs utilisés pour disperser les particules dans le fluide de base, l'un est magnétique et l'autre mécanique. Un autre instrument de laboratoire appelé sonicateur à ultrasons est également nécessaire pour une bonne dispersion.
Méthode en deux étapes
La procédure en deux étapes est la méthode la plus largement utilisée pour préparer un nanofluide. Les procédés chimiques et physiques sont utilisés pour produire de la poudre sèche de nanoparticules.
La poudre de particules est ajoutée au fluide de base. La deuxième étape pourrait être une agitation par force magnétique intensive ou une agitation par ultrasons. La procédure en deux étapes est la procédure économique pour produire un nanofluide en vrac car les besoins en nanofluides augmentent avec de nouvelles applications.
Utilisation de surfactant dans le nanofluide
Les nanoparticules ont une grande surface et une activité de surface qui conduisent à des agrégats. L'utilisation d'un tensioactif est une méthode pratique pour obtenir une bonne stabilité. Cependant, la fonctionnalité des tensioactifs à des températures élevées est également un gros problème, en particulier pour les applications à haute température.
Méthode en une étape
Eastman a suggéré une méthode en une étape de condensation de vapeur. Il est utilisé pour préparer un nanofluide Cu / éthylène glycol (EG) pour limiter l'agglomération des nanoparticules.
L'utilisation d'une méthode de préparation en une étape évite la propagation des particules dans le fluide. Certaines fonctions ne sont pas nécessaires dans cette méthode. Cette méthode élimine le séchage des particules, le stockage du matériau et l'épandage. L'agglomération est limitée à une méthode en une seule étape. cela augmente également la stabilité du nanofluide.
Méthode du vide - SANSS
(formulaire complet submergé -arc -nanoparticule -synthèse- système)
C'est l'une des méthodes de préparation du nanofluide avec une bonne efficacité. Différents fluides diélectriques sont utilisés dans cette méthode
La forme des nanoparticules est comme un type différent. La procédure évite raisonnablement bien l'agrégation indésirable des particules. Cette méthode présente certains inconvénients. Il reste du réactif présent dans le nanofluide.
Qu'est-ce qu'un nanofluide hybride?
Un matériau hybride est une combinaison de propriétés physiques et chimiques de deux ou plusieurs matériaux. Les deux nanoparticules ou plus sont dispersées dans un fluide de base pour obtenir les propriétés souhaitées pour des applications individuelles. La fabrication de nanofluides avec deux ou plusieurs nanoparticules similaires ou différentes est populaire en tant que nanofluide hybride. Les travaux sur les nanofluides hybrides sont peu nombreux.
De nombreuses études expérimentales sur les nanofluides hybrides restent encore à faire. Les nanofluides hybrides généralement utilisés sont Al2O3/ Cu, Al2O3/ CNT, Cu / TiO2, CNT / Fe3O4, et ainsi de suite
Le nanofluide hybride est un nouveau domaine de recherche pour les chercheurs en génie thermique pour obtenir un système de refroidissement amélioré.
Utilisation du nanofluide
Le nanofluide peut être utilisé pour diverses applications différentes. Ces utilisations n’affectent pas complètement le transfert d’énergie, elles peuvent réduire les besoins fondamentaux en carburant conventionnel, en énergie électrique ou en gaz. Lisons quelques applications importantes des nanofluides
Refroidissement des appareils électroniques
Les recherches en cours sur l'électronique suggèrent que l'utilisation de nanofluides peut effectuer un transfert de chaleur supérieur. La chambre à vapeur utilise des nanofluides pour un meilleur transfert de chaleur.
Fluide de chemise-eau dans le générateur d'électricité
La gestion de l'espace des machines est le principal problème de tout véhicule automobile. La taille du composant (refroidissement) ne peut être réduite que si nous améliorons les performances de transfert de chaleur des pièces. Le nanofluide est celui de l'option pour améliorer les performances de la pièce et développer la compacité.
Énergie solaire - système d'énergie thermique
Pour absorber le rayonnement solaire, le fluide de travail passe par un système d’énergie solaire thermique. Le énergie absorbée par fluide est envoyé à l'échangeur de chaleur à d'autres fins. Le solaire énergie absorbée Le fluide de travail est généralement transféré à l'échangeur de chaleur pour d'autres applications.
Huile de refroidissement dans le transformateur
Le transformateur est un équipement électrique de transmission de puissance. La chaleur générée dans le transformateur est absorbée par l'huile. Si nous ajoutons des nanoparticules dans l’huile de refroidissement. Les performances du transformateur peuvent être améliorées.
Autre utilisation du nanofluide dans le domaine de l'amélioration du transfert de chaleur:
Processus de réfrigération
Le processus de réfrigération travaille sur différents cycles thermodynamiques. Le fluide de travail dans ce processus est le réfrigérant. Les propriétés thermiques de certains réfrigérants peuvent être améliorées par l'utilisation de nanoparticules.
Refroidissement système d'énergie nucléaire
L'énorme quantité de chaleur est produite par la fission nucléaire. Il est nécessaire d'organiser un refroidissement adéquat du système. Le nano fluide est un fluide d'avance qui peut être utilisé dans un système de refroidissement nucléaire.
Types de nanofluide
Les types de nanofluides dépendent de l'utilisation de différents types de nanoparticules et de fluides de base. Il existe trois types de nanoparticules, comme le métal pur, l'oxyde métallique et les nanoparticules à base de carbure. Ces particules sont dispersées dans divers choix de fluides de base comme l'eau, l'eau / éthylène glycol, l'huile, l'éthylène glycol, etc.
| Metal pur | Oxydes métalliques | Carbure |
| Al | Al2O3 | Diamant |
| Cu | CuO | Graphite |
| Fe | Fe2O3Fe3O4 | Nanotube à paroi simple |
| Ag | Ag2O | Nanotubes multi-parois |
| Zn | ZnO | |
| Ti | TiO2 |
Propriétés du nanofluide
La conductivité thermique est l'une des propriétés vitales liées au transfert de chaleur pour les nanofluides. C'est une conductivité thermique élevée par rapport au liquide de refroidissement standard, c'est une caractéristique essentielle pour de nombreuses applications. L'utilisation de nanoparticules de cuivre avec de l'éthylène glycol entraîne une augmentation de la conductivité thermique de 40% par rapport au fluide de base.
Tous les processus indiquent que la conductivité thermique est fondamentale pour un système de refroidissement approprié dans tous les appareils. Dans le système de refroidissement, une grande surface et une conductivité thermique élevée sont attribuées à cette amélioration du transfert de chaleur.
Le rapport surface / volume est le principal critère d'amélioration de la conductivité thermique. Cette ration peut être augmentée en utilisant des nanoparticules de petite taille. La conductivité thermique est augmentée en utilisant une concentration plus élevée des particules.
Les propriétés telles que la densité, la viscosité, la chaleur spécifique, la conductivité thermique sont bien connues pour le fluide de base. Les propriétés du nanofluide peuvent être calculées théoriquement par des corrélations suggérées par divers chercheurs. Ces propriétés peuvent également être mesurées avec plusieurs instruments expérimentalement en laboratoire.
La densité de nanofluide peut être calculée en utilisant la corrélation comme
Où ρpet ρbfsont les densités des nanoparticules et le fluide de base, respectivement, et фest la concentration volumique (% p / p) de nanoparticules dispersées dans le fluide de base. Selon l'idée de la combinaison de fluides forts, la chaleur spécifique du nanofluide est donnée par l'accompagnement:
Où cppet cpbf, sont la chaleur spécifique des nanoparticules et du fluide de base, respectivement. La viscosité du nanofluide peut être obtenue à partir de l'équation suivante:
Crédit Einstein 1906
a est constant dans l'équation de viscosité et sa valeur est 14.4150 pour calculer la viscosité. Cette formule est essentiellement donnée pour le mouvement brownien d'une particule dans un fluide. Une formule bien connue pour calculer la conductivité thermique du nanofluide est le modèle de Kang qui s'exprime sous la forme suivante:
Crédit Hamilton et Crosser (1962)
Question et réponses
Qu'est-ce que le nanofluide?
C'est un fluide d'avance. Il est préparé en dispersant des nanoparticules dans le fluide de base.
Qu'est-ce que le fluide de base?
Le fluide de base est un liquide de refroidissement classique. Il est utilisé pour préparer le nanofluide.
Donnez des exemples de nanoparticules couramment utilisées pour préparer des nanofluides.
Les nanoparticules couramment utilisées sont le cuivre (Cu), l'aluminium (Al), le fer (Fe), l'oxyde d'aluminium (Al2O3), Oxyde de cuivre (CuO), Oxyde de titane (TiO2 ), Etc.
Quelles sont les méthodes de préparation de nanofluides largement utilisées?
Il existe deux méthodes largement utilisées mentionnées ci-dessous:
- Méthode en deux étapes
- Méthode en une étape
Quelle est la stabilité du nanofluide?
La stabilité peut être définie comme la durée pendant laquelle la particule reste dispersée dans le fluide de base. Techniquement, le nanofluide le plus stable est celui qui a le moins de sédimentation.
Quelle est l'utilisation d'un surfactant dans la préparation d'un nanofluide?
Le surfactant est utilisé dans le nanofluide pour augmenter sa stabilité. Le tensioactif couramment utilisé est le dodécyl sulfate de sodium (SDS).
Pourquoi le nanofluide hybride est-il devenu un nouveau sujet de recherche?
L'application individuelle a besoin des propriétés souhaitées du matériau. Pour obtenir des propriétés probables dans le nanofluide, plus d'une nanoparticule est ajoutée dans le fluide de base.
Pourquoi l'utilisation de nanofluides améliore le transfert de chaleur?
Le nanofluide est un fluide avancé avec une conductivité thermique plus élevée car les particules nanométriques fournissent plus de surface pour conduire le transfert de chaleur.
Comment le nanofluide peut-il réduire la taille de l'échangeur de chaleur?
Le liquide de refroidissement conventionnel utilisé dans l'échangeur de chaleur montre moins de transfert de chaleur par rapport au nanofluide. L'utilisation de nanofluide nécessite un échangeur de chaleur proportionnellement moins dimensionné par rapport au liquide de refroidissement conventionnel.
Conclusion
Cet article porte sur l'introduction de base du nanofluide, la préparation du nanofluide, l'application du nanofluide et les propriétés du nanofluide. Récemment, c'est un liquide de refroidissement avancé dans les applications de transfert de chaleur. La portée des nanofluides est vaste dans le monde actuel des nanotechnologies. Le nanofluide et ses applications peuvent être un bon sujet pour les étudiants et les chercheurs pour le travail de projet.
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Je m'appelle Deepak Kumar Jani, je poursuis un doctorat en mécanique et énergie renouvelable. J'ai cinq ans d'expérience en enseignement et deux ans en recherche. Mes domaines d'intérêt sont le génie 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 de Lambdageeks et j'aimerais présenter une partie de mon expertise de manière simpliste aux lecteurs.
Outre les universitaires et la recherche, j'aime me promener dans la nature, capturer la nature et sensibiliser les gens à la nature.
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