default-logo
English . French . العربیة . فارسی

نانو کولانت (مایع خنک کننده نانو)

Engine_coolantامروزه تقاضا برای وسایل نقلیه به شدت افزایش یافته است، بنابراین این مساله یک چالش بزرگ برای صنایع خودروسازی برای تولید یک موتور مناسب و اقتصادی است. عملکرد یک موتور تحت تاثیر سیستم های مختلفی مانند سیستم سوخت رسانی، سیستم روانکاری، سیستم انتقال، سیستم خنک کننده و غیره می باشد. بنابراین به حساب آوردن آنها در هنگام طراحی موتور برای بهبود عملکرد آن تبدیل به یک نیاز اساسی شده است.

سیستم خنک کننده یکی از مهمترین آنها می باشد. این سیستم مسئول انتقال مقدار زیادی از حرارت به محیط برای عملکرد موثر موتور است. این سیستم همچنین انتقال حرارت و اقتصاد سوخت را افزایش می دهد که منجر به ماکزیمم عملکرد موتور می شود. اغلب موتورهای احتراق داخلی سیال خنک کننده دارند که میتواند هوا یا خنک کننده مایع باشد که در مبدل حرارتی (رادیاتور) جریان داشته و بوسیله هوا خنک می شود. انتقال حرارت درون رادیاتور می تواند بوسیله افزایش سطح انتقال حرارت و افزایش ضریب انتقال حرارت افزایش یابد. ضریب انتفال حرارت می تواند بوسیله استفاده روش های انتقال حرارت مناسبتر و یا بوسیله بهبود خواص ترموفیزیکی ماده انتقال حرارت مانند کولانت افزایش یابد.

در ابتدا آب به طور گسترده در رادیاتور به عنوان خنک کننده به دلیل توانایی خوب نگهداری حرارت آن، انتقال حرارت و دسترسی آسان آن استفاده می گردید. همچنین مخلوط آب و اتیلن گلیکول بعدها به عنوان خنک کننده معرفی گردید. هر دو آنها مزایا و معایب مشخص دارند. با پیشرفت نانو فناوری، نسل جدید سیالات انتقال حرارت به نام سیالات نانو به وجود آمده و محققان متوجه شده اند که این سیالات هدایت حرارتی بالاتری نسبت به کولانت های معمولی دارند. سیالات نانو شامل یک مایع مانند آب، اتیلن گلیکول که در آن ذرات ریز در سایز نانو معلق هستند که نانو ذرات نامیده می شوند. این مطالعه مقایسه ای بر روی سیستم خنک کننده بسیار مهم می باشد، خنک کننده استفاده شده در اتومبیل ها و محدودیت ها و کاربردها و چالش های سیالات نانو به عنوان خنک کننده گردآوری و برای رادیاتور خودرو مرور گردیده است.

ادامه پیشرفت تکنولوژی در صنایع خودرو تقاضا برای موتورهای با کارایی بالا را افزایش داده است. یک موتور با کارایی بالا تنها بر اساس عملکرد ان قضاوت نمی شود بلکه بستگی به مصرف سوخت کمتر و آلودگی کمتر ان نیز دارد. سیستم های زیادی عملکرد موتور را تحت تاثیر قرار می دهد یکی از این عوامل مهم نرخ خنک کنندگی رادیاتور در سیستم خنک کننده می باشد.

سیالات نانو به نظر پتانسیل خوبی برای جایگزینی خنک کننده های معمولی در سیستم خنک کننده موتور دارند. اخیرا تحقیقات قابل توجهی در این زمینه انجام شده است که عملکرد انتقال حرارتی بسیار خوبی سیالات نانو از خود نشان داده اند. سیالات نانو به طور بالقوه سیالات انتقال حرارتی هستند که خواص ترمو فیزیکی و عملکرد انتقال حرارت را افزایش می دهند.

این سیالات می توانند در وسایل زیادی برای ایجاد عملکردهای بهتر مورد استفاده قرار گیرند برای مثال انرژی، انتقال حرارت و عملکردهای دیگر. سیالات نانو از نانوذرات معلق فلزی یا اکسید غیرفلزی در سیالات انتقال حرارت تجاری تشکیل شده اند. این سیالات به عنوان طبقه ای از سیالات خنک کننده معرفی می شوند که شامل نانوذرات ۱ الی ۱۰۰ نانومتری هستند و خواص جالبی در طول آزمایشات نشان می دهند از قبیل افزایش هدایت حرارتی و بهبود ضریب انتقال حرارت در مقایسه با یک سیال خالص. استفاده از سیالات نانو اجازه استفاده از رادیاتورهای کوچکتر و جایگیری بهتر آنها در خودرو را می دهد. همچنین کارایی سیستم را با مقادیر کمتر سیال افزایش می دهد، که در نتیجه پمپ خنک کننده جمع و جور تر شده و می تواند در دماهای بالاتر کار کند. دکتر یو و همکارانش گزارش داده اند که انتقال حرارت حدود ۱۵ تا ۴۰ درصد می تواند با استفاده از انواع مختلف سیالات نانو افزایش یابد. این مساله به معنی ویژگی آیرودینامیک بهتر برای طراحی فضای جلویی خودرو می باشد. ضریب کشیدگی می تواند به حداقل رسیده و مصرف سوخت بهبود یابد.

دکتر چوی یک پروژه را گزارش داده که که با هدف صرفه جویی سوخت برای صنایع خودروسازی از طریق گسترش نانوسیال مناسب و رادیاتورهای سبکتر و کوچکتر انجام گرفته است. هدف اصلی پروژه نانوسیال کاهش اندازه و وزن سیستم خنک کننده خودرو بیش از ۱۰ درصد با در نظر گرفتن نیاز به خنک کنندگی بیشتر در موتورهای با قدرت بیشتر بوده است. نانو سیالات به طور بالقوه قادرند اجازه دهند تا خنک کننده ها در دماهای بالاتر کار کرده و حرارت بیشتری را از موتور خودرو خارج کنند. یک رادیاتور با دمای بالاتر می تواند سایز رادیاتور را تا حدود ۳۰ درصد کاهش دهد. این بدان معنا است که کشیدگی آیرودینامیک کاهش یافته، احتیاجات فن و پمپاژ سیال نیز کاهش یافته و منجر به صرفه جویی ۱۰ درصد سوخت می گردد.

انواع نانو سیالات:

انواع مختلفی نانو ذرات فلزی و غیر فلزی و نانو تیوب های کربن چند دیواره ای وجود دارد که در حال حاضر با یک پایه سیال برای افزایش عملکرد حرارتی سیستم خنک کننده استقاده می شوند. سیالات پایه معمول آب، اتیلن گلیکول و روغن می باشند.

نانوذرات فلزی مانند مس، آهن، طلا، نقره و غیره و ذرات و ترکیبات غیر فلزی مانند آلومینا، اکسید مس، اکسید تیتانیم، اکسید آهن، زیرکونیا، تری اکسید تنگستن، اکسید روی، سیلیس و غیره می باشند که معمولا به همراه سیال پایه استفاده می شوند.

صنعت خودرو شدیدا در زمینه دستیابی به بهترین طراحی خودرو در جنبه های مختلف از قبیل عملکرد، مصرف سوخت، ایمنی، آیرو دینامیک و غیره در حال رقابت می باشد. مبدل حرارتی هوا-خنک کن در وسیله نقلیه (رادیاتور، کندانسور، کولر هوا شارژ و غیره) نقش مهمی در وزن و همچنین طراحی آن دارد، و همچنین بر روی رفتار آیرودینامیکی خودرو نیز تاثیر شدیدی می گذارد.

در سرعت های بالا تقریبا ۶۵ درصد انرژی کل خودروهای سنگین برای غلبه بر کشش آیرودینامیکی صرف می شود که بخشی از این حقیقت به دلیل رادیاتور بزرگی است که در جلوی موتور برای حداکثر اثر خنک کنندگی وزش باد قرار گرفته است. استفاده از نانو سیال به عنوان کولانت ها اجازه می دهد که رادیاتورها کوچکتر شده و جایگیری بهتری داشته باشند.

دکتر لئونگ و همکارانش خواص انتقال حرارت در یک رادیاتور خودرو را به صورت عددی با استفاده از نانو سیال اتیلن گلیکول و نانوذرات مس بررسی کرده اند. در خارج از ایران تحقیقات بسیاری در این زمینه در اثبات کارایی نانو سیالات خنک کننده صورت گرفته که از حوصله این بحث خارج است.

 اما در داخل ایران نیز تحقیقاتی در این زمینه صورت گرفته است که نتایج آن در مجلات معتبر بین المللی منتشر گردیده است، دکتر پیغمبر زاده و همکارانش اخیرا کاربرد نانوسیال آلومینا/آب در رادیاتور خودرو را بررسی کرده اند و گزارش کرده اند که ضریب انتقال حرارت افزایش جالب ۴۵ درصدی در مقایسه با کاربرد آب خالص داشته است. در یک مقاله دیگر ایشان سیالات پایه مختلف شامل آب خالص، اتیلن گلیکول خالص و مخلوط های دوتایی آنها را به همراه نانوذرات آلومینا بررسی کرده اند و بار دیگر ثابت کرده اند که نانوسیالات عملکرد خنک کنندگی در رادیاتور خودرو را به شدت افزایش داده اند.

تحقیق و توسعه – مرتضی بیدار

About the Author

نظرات

*

captcha *