افزایش بهره‌وری سیستم‌های حرارتی با استفاده از فناوری نانو

پژوهشگران دانشگاه های سمنان و امام حسین(ع) در طرحی مشترک نانوسیالی را پیشنهاد دادند که می‌تواند عملکرد رادیاتورها و سایر سیستم‌های حرارتی را به میزان قابل توجهی بهبود بخشد.

کد خبر: ۱۸۹۲۶۴

تاریخ: ۲۵ آذر ۱۳۹۶ - ۱۰:۰۸

به گزارش ایران اکونومیست به نقل از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، سیالات متداولی مانند آب، اتیلن گلیکول و انواع روغن‌ها، در سال‌های متمادی به عنوان سیال عامل در صنعت و طراحی‌های مهندسی مورد استفاده قرار گرفته‌اند. یکی از مشکلات متداول این سیال‌ها در کاربردهای عمومی، خواص ثابت و بسیار محدود حرارتی آنها است.
این سیالات قابلیت انتقال حرارت محدود و مشخصی دارند و به همین سبب حجم مشخص و زیادی از آنها باید درون سیستم‌های سرمایش و گرمایش به حرکت درآید که منجر به صرف هزینه‌های بالایی می‌شود.
به گفته دکتر محمد همت اسفه، در صورتی که آب، اتیلن گلیکول یا انواع روغن‌ها دارای ضریب هدایت حرارتی بالاتر و قوه انتقال حرارت بیشتر یا با قابلیت مهندسی بودند، سیستم‌های مختلف ازجمله رادیاتورها حجم کوچکتری داشتند و در هزینه‌های ساخت، نگهداری و تعمیرات صرفه جویی به عمل می‌آمد.
وی افزود: یکی از روش‌های جدیدی که امروزه برای افزایش رسانش حرارتی این قبیل سیالات و در نتیجه‌ آن افزایش نرخ انتقال حرارت مورد استفاده قرار می‌گیرد، افزودن نانوذرات به سیال است. این امر منجر به افزایش خواص حرارتی و تغییر خواص رئولوژیکی سیال و همچنین قابلیت مهندسی کردن سیال می‌شود.
به همین منظور در تحقیق حاضر یک سیال اتیلن پایه با ترکیب نانولوله کربنی تک جداره و اکسید منیزیم تولید شده است. استفاده از نانولوله کربنی به منظور افزایش ضریب هدایت حرارتی سیال و استفاده از نانوذرات اکسیدی به دلیل کاهش قیمت سیال تولید شده صورت گرفت.
از سوی دیگر رفتار حرارتی این سیال، فرموله شده و آنالیز حساسیت آن نسبت به پارامترهای مختلف و شرایط دمایی گوناگون ارائه شده است. همچنین از یک آنالیز اقتصادی خاص به منظور مفهوم بخشی تجاری به این سیال نیز استفاده شده است و یک رابطه در این زمینه ارائه شده است.
همت اسفه در بیان ویژگی‌های این نانوسیال عنوان کرد: نتایج نشان می‌دهد که سیال تولید شده دارای قابلیت انتقال حرارت بسیار بالاتری نسبت به سیال اولیه است. این میزان افزایش تنها با درصد بسیار محدود کسر حجمی نانوذرات ایجاد شده است. همچنین آنالیزهای توأمان اقتصادی و عملکردی ارائه شده و روابط پیشنهادی نشان می‌دهد که این نانوسیال نسبت به قیمت نهایی خود، قابلیت‌های عملکردی قابل قبولی داشته و می‌تواند به عنوان یک سیال مهندسی شده مورد استفاده قرار گیرد.
به گفته‌ این محقق، از این نانوسیال می توان در همه کاربردهای انتقال حرارت در مهندسی که پیش از این با استفاده از اتیلن گلیکول انجام می‌شد، ازجمله در رادیاتورها و سیستم‌های سرمایش/ گرمایش به عنوان سیال عامل بهره برد.
همت اسفه معتقد است این نوع سیالات قابلیت تجاری سازی و ارائه عمومی در بازار را دارا هستند. به ویژه اینکه پایداری نانوسیال پیشنهادی در مدت زمان طولانی و عدم ته نشینی آن یکی از مزیت‌های اصلی است که در تحقیق حاضر با روش مکانیکی به خوبی انجام شده و این نانوسیال با پایداری بسیار بالا در مدت زمان طولانی به دست آمده است.
در این تحقیق با استفاده از دستگاه KD2-Pro،‌ داده‌های مربوط به ضریب هدایت حرارتی اندازه گیری شده و جنس و ابعاد نانوذرات در آزمایش‌های XRD مشخص شده است.
این تحقیق حاصل تلاش‌های دکتر محمد همت اسفه، مهندس موسی رجوانی و مهندس علی علیرضایی کارشناس ارشد مهندسی مکانیک است و نتایج آن در نشریه‌ Applied Thermal Engineering به چاپ رسیده است.