Који напредак у нанофлуидима би могао да омогући ефикаснији пренос топлоте грејне плоче?
Остави поруку
Иако вода има релативно ниску топлотну проводљивост и конвективну ефикасност, она је ипак способан флуид за пренос топлоте. Нова класа вештачких течности-познатих као нанофлуиди-појавила се као потенцијални корак-промена у перформансама термалног система. Способност течног медија да преноси топлоту кроз канале за грејање и хлађење уграђене у индустријске плоче је побољшана контролисаном суспензијом честица наноразмера присутних у овим флуидима.
Развој ефикасних технологија преноса топлоте грејне плоче са нанофлуидима разматра се као средство за постизање бржег термичког одговора, бољег времена циклуса и нижих захтева за енергијом пумпања у савременим системима термичке обраде.
Концепт нанофлуида у термалним системима
Нанофлуиди су конструисани дисперговањем изузетно малих чврстих честица у базну течност као што су вода, гликол или уље. Типичне концентрације честица остају веома ниске, често у распону од:
0,1% до 1% по запремини0,1\\% \\тект{ до } 1\\% \\тект{ по запремини}0,1% до 1% по запремини
Типични материјали за наночестице укључују:
Алуминијум оксид (Ал₂О₃)
Бакар оксид (ЦуО)
Деривати графена
Угљичне наноцеви са{0}}вишезидним зидовима (МВЦНТ)
Под пажљиво дизајнираним формулацијама, може се постићи стабилна суспензија јер честице постоје на наноскали, смањујући седиментацију и чувајући униформност течности.
Механизам побољшане топлотне проводљивости
Основна предност нанофлуида лежи у њиховој способности да повећају ефективну топлотну проводљивост изван класичних претпоставки мешања.
Мало магије угљеника у води може драстично утицати на понашање преноса топлоте.
Ово побољшање се приписује:
Повећана површина{0}}површине размене топлоте
Ефекти микроконвекције околних наночестица
Бољи путеви за транспорт енергије
Модификовано понашање граничног слоја у принудном струјању
У практичним системима, нанофлуиди су показали:
20\\% \\тект{–} 50\\% \\тект{ повећање коефицијента преноса топлоте (присилна конвекција)
Циркулација течности кроз унутрашње канале је директно под утицајем овог побољшања перформанси грејне плоче.
Примена у управљању топлотом грејне плоче
Бржи термички циклус у системима плочастих плоча
Унутрашњи канали се често користе у индустријским грејним плочама и цикличним термичким пресама за:
Брзо загревање циркулацијом врућег флуида
Контролисано хлађење током ресетовања циклуса
Стабилизација температуре-у-зону
Када се нанофлуиди користе у овим каналима, боље перформансе преноса топлоте омогућавају:
Краћи циклуси грејања и хлађења
Смањено термичко кашњење на површини плоче
Повећана конзистенција температуре
Већа пропусност производње
Крајњи резултат је топлински систем који боље реагује са краћим циклусом по компоненти.
Смањени захтеви за пумпање
Исти посао преноса топлоте може се постићи уз побољшану топлотну проводљивост:
Смањене брзине протока
Смањена потрошња енергије пумпе
Компактни помоћни пумпни системи
Ово може допринети општем побољшању ефикасности система, посебно у великим инсталацијама са више{0}}зонских плоча.
Примене грејних петљи
Нанофлуиди се могу користити у спољним грејним петљама, које преносе топлоту од удаљеног извора топлоте до плоче, поред хлађења.
У овим поставкама:
Топлотна енергија се испоручује ефикасније
Мањи је пад температуре преко цеви.
Време одзива система је побољшано
Ово омогућава компактније и ефикасније топологије централног грејања за дисперзоване системе плоча.
Потешкоће са стабилношћу и компатибилношћу материјала
Ипак, снажан потенцијал перформанси, бројне инжењерске потешкоће се још увек активно потврђују.
Стабилност дуготрајних{0}}суспензија
Наночестице морају остати равномерно расуте током дугих периода рада. Агломерација или седиментација могу деградирати перформансе и потенцијално модификовати карактеристике протока.
Компатибилност материјала система
Компатибилност мора бити потврђена са:
Заптивке пумпе
Заптивке од еластомера
Канали обложени ПТФЕ-ом
Површине металних измењивача топлоте
Дугорочне{0}}ефекте интеракције треба пажљиво размотрити, иако су многе композиције наночестица хемијски инертне.
Разматрања ерозије и онечишћења
Упркос невероватно малим величинама честица, продужена циркулација у системима високог{0}}протока може довести до:
Осетљиве компоненте са благим ефектом абразије
Понашање таложења у зонама ниске{0}}брзине
Разматрања за пуњење филтера
Често су неопходни одговарајући системи за филтрирање и кондиционирање течности.
Предности система{0}}нивоа
Када се правилно конструишу, нанофлуиди могу да раде као слој за надоградњу перформанси за постојећу термалну инфраструктуру.
Међу главним предностима су:
Побољшана ефикасност преноса топлоте без промене хардвера
Брже време реакције плоче
Повећана пропусност процеса
Смањена потрошња енергије по циклусу
Повећана термичка униформност
Ово уоквирује нанофлуиде као побољшање физичких термалних система „слично{0}} софтверу, мењајући перформансе кроз хемију флуида, а не механичку модификацију.
Индустријска спремност и изгледи за будућност
Тренутна употреба нанофлуида остаје селективна, са највећим интересовањем за:
Производња пресе са високим перформансама
Термички системи за полупроводнике
Савремена опрема за очвршћавање композита
Грејачи за прецизну хемијску обраду
Како се стабилност формулације побољшава и трошкови смањују, очекује се веће усвајање стандардних система грејних плоча.
Будући развоји могу укључивати:
Прилагођене мешавине наночестица за одређене температурне опсеге
Самостабилизујућа хемија дисперзије{0}
Комбиноване петље за регенерацију и филтрацију
АИ{0}}оптимизовано праћење стања течности
Ове иновације могу додатно повећати поузданост и смањити оперативну сложеност.
У закључку
Са квантитативним повећањем ефикасности преноса топлоте за системе грејних плоча, нанофлуидне технологије су потенцијални развој у медијумима за термални транспорт. Дисперговањем честица наноразмера као што су глиница, бакар оксид, графен или угљеничне наноцеви у обичне течности, може се постићи значајно повећање топлотне проводљивости и конвективног преноса топлоте.
Напредак ефикасних система за пренос топлоте грејне плоче са нанофлуидима указује на време када ће тренутна инфраструктура плоче моћи да ради боље без потребе за значајном прерадом хардвера. Побољшања коефицијента преноса топлоте од 20–50% показују могући утицај на време циклуса, енергетску ефикасност и одзив система.
На крају крајева, развој термичких система може све више зависити не само од материјала који се користе за формирање плоча, већ и од пројектованих флуида који теку кроз њихове унутрашње канале.
