Исследование теплопроводности и тепловых характеристик тепловых трубок с помощью структурно разработанной наножидкости ZnO, стабилизированной сополимером

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 14219 (2023) Цитировать эту статью

Подробности о метриках

Настоящее исследование сосредоточено на оценке теплопроводности, стабильности, эффективности и сопротивления тепловой трубы для теплообменников, которые необходимы для многих промышленных применений. Для достижения этой цели методом свободнорадикальной полимеризации был синтезирован сополимер амфифильной поли(стирол-со-2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты) поли (STY-co-AMPS). Диспергатор использовался для гомогенного растворения и стабилизации наножидкостей ZnO. Влияние диспергатора на теплопроводность наножидкостей анализировали с помощью анализатора тепловых свойств КД2 про. Отмечается значительное увеличение проводимости жидкости, имеющее нелинейную зависимость от объемной доли. Максимальное усиление наблюдалось при оптимизированной концентрации диспергатора 1,5 об.%. При этом влияние диспергатора на теплопроводность наножидкостей сравнивалось с линейными полиэлектролитами. Далее экспериментальные значения сравнивались с существующими классическими моделями, основанными на разумном агрегировании, в качестве рабочей среды использовались приготовленные наножидкости. Экспериментально исследована обычная тепловая трубка с сетчатым экраном и распределение температуры по термическому сопротивлению тепловой трубки. Результаты показывают, что оптимальная концентрация диспергаторов на наночастицах обеспечивает повышенную тепловую эффективность по сравнению с базовыми жидкостями. Кроме того, термическое сопротивление и распределение температуры ухудшаются при увеличении объемной доли частиц и концентрации диспергатора.

За последние два десятилетия хранение, передача энергии и выработка тепла стали основной областью исследований, на которую было выделено 90% мирового энергетического бюджета. Быстрое развитие было отражено в передовых термических материалах и технологических исследованиях. Следовательно, существует необходимость улучшения теплофизических свойств рабочих тел, что может привести к повышению эффективности теплопередачи устройств. В основном моторное масло, этиленгликоль и вода широко использовались в качестве традиционных жидкостей для теплопередачи из-за их низкой теплопроводности, что влияет на работу теплообменных устройств. Поскольку тепловая трубка представляет собой двухфазное теплообменное устройство, которое передает тепло с очень небольшим перепадом температуры из одного места в другое. Из-за их эффективной эффективности охлаждения они широко используются в различных приложениях теплопередачи. Тепловая трубка является распространенной системой охлаждения во многих тепловых приложениях, поскольку рабочая жидкость циркулирует под действием градиента капиллярного давления. Фазовый переход и испарение/конденсация рабочей жидкости вызывают существенные изменения характеристик теплопередачи. Эффективность тепловой трубы зависит от качества/размера материала, свойств жидкости и фитильной структуры1. Тепловое применение включает в себя солнечные системы2, газоанализатор3, электронное охлаждение4, оптоэлектронику5, аэрокосмическую промышленность6 и теплообменники7,8.

В приложениях теплопередачи в качестве рабочих жидкостей использовались наножидкости, которые могут преодолеть недостатки традиционных жидкостей. Стабильная дисперсия термических наножидкостей необходима для реализации потенциала и реализации промышленных стандартов9. Основным недостатком НЧ является разделение фаз и их осаждение из жидкостей. В процессе теплопередачи агрегированные наножидкости могут вызывать проблемы засорения и истирания в определенных микроэлектронных системах10. Достижение дисперсии термических наножидкостей является одной из самых сложных задач, и было предпринято множество попыток, включая добавление поверхностных зарядов / использование химической модификации поверхности с помощью поверхностно-активных веществ. ультразвуковая обработка, механическое перемешивание и так далее.

Многие исследователи пытались улучшить тепловые характеристики наножидкостей, например, Канг и др.11 исследовали влияние серебряных наножидкостей на спеченную тепловую трубку. Согласно их выводам, происходит снижение входной мощности температуры стенки на 30–50 Вт. Кроме того, наножидкости в качестве рабочей среды в тепловых трубках продемонстрировали более высокие тепловые характеристики до 70 Вт по сравнению с водой в качестве базовой жидкости12. Аналогично, Розари и др.13 исследовали теплопроводность и тепловые характеристики тепловых трубок наножидкостей на основе ZnO-этиленгликоля при более низких объемных фракциях частиц. По их наблюдениям, распределение температуры и термическое сопротивление тепловых трубок уменьшаются за счет увеличения объемной доли частиц и размера кристаллов. Принимая во внимание, что Цзян и др.14 сообщили о сравнении тепловых характеристик колеблющихся тепловых трубок (OHP) с наножидкостями SiO2-вода и Al2O3-вода при массовой концентрации наночастиц (0–0,6 мас.% SiO2 и 0–1,2 мас.% Al2O3). Замечено, что изменение состояния поверхности конденсатора и испарителя происходит в основном из-за различных частиц, которые влияют на тепловые характеристики или ухудшение тепловых трубок15. Кроме того, Кумаресан и др.16 провели сравнительное исследование спеченных и сетчатых фитильных тепловых трубок на наножидкостях CuO. В их исследовании единственный эффект тепловых трубок со спеченным фитилем показывает улучшенные тепловые характеристики и термическое сопротивление тепловых трубок по сравнению с тепловыми трубками с сетчатым фитилем мощностью 70 Вт.