f و f به ترتیب وزن ملکولی و چگالی سیال پایه و NA ثابت آووگادرو و برابر با ۶٫۰۲۳×۱۰۲۳ است. فرض میشود که ضریب هدایت گرمایی نانولایه با ضریب هدایت گرمایی نانوذرات برابر است. در نتیجه نسبت حجمی ذرات بر طبق رابطه زیر اصلاح می‌شود.

(۱-۴۸)

که rp شعاع ذره است. تعریف ارائه‌شده بالا در معادله مدل ژوان و همکاران [۳۵] جایگزین می‌شود،

(۱-۴۹)

هنگامی‌که مدل‌های تئوریک بر اساس شکلگیری نانولایه در اطراف نانوذرات موردتوجه قرار می‌گیرند، مشاهده می‌شود که مهم‌ترین چالش یافتن ضریب هدایت گرمایی و ضخامت نانولایه است. بنابراین، مطالعات آتی باید بر رفع این مشکل متمرکز شوند.
۱-۶-۵ فناوری نانو
کاربرد وسیع انتقال حرارت در صنایع گوناگون سبب شده است که افزایش راندمان دستگاههای گرمایی در اولویت طراحان واحدهای صنعتی قرار گیرد. تلاشهای زیاد محققان در سالهای گذشته جهت افزایش انتقال حرارت به ابداع روشهای مختلف در این راستا منجر شده است. افزایش راندمان و بهبود عملکرد دستگاههای گرمایی از یک‌سو سبب صرفه‌جویی در انرژی شده و از طرف دیگر میتواند کوچک شدن ابعاد دستگاه را به دنبال داشته باشد. متاسفانه بسیاری از روشهای مذکور با ازدیاد سطح در واحد حجم دستگاه امکان‌پذیر است که این مسئله سبب افزایش افت فشار میشود و با توجه به نیاز به پمپ قویتر هزینه لازم جهت انتقال سیال بیشتر میشود.
نانوتکنولوژی فعالیت در دنیایی با مقیاس نانومتر است. یکی از زمینههای فعالیت این فناوری جدید تولید ذرات با ابعاد نانومتر (نانوذرات[۸۲]) است. بنا بر برخی تعاریف ابعاد نانوذره در حدود ۱ تا ۱۰۰ نانومتر است. نانوذرات انواع فلزی، ‌اکسیدهای فلزی، عایقها و نیمههادیها و نانوذرات ترکیبی نظیر ساختارهای هسته لایه را در بر میگیرند. باید خاطرنشان ساخت که نانولولههای کربنی را نیز از اعضاء ‌این خانواده میتوان به شمار آورد. نانوذرات دارای خواص منحصربه‌فردی هستند که آن‌ها را از مواد تودهای با ابعاد معمولی و بزرگ متمایز می‌سازد. این خواص منحصربه‌فرد موجب پیدایش پتانسیلهای فراوانی برای کاربرد این مواد شده است. از دامنههای کاربرد آن‌ها به سیستمهای بیولوژیکی، پزشکی،‌ توزیع دارو در بدن، کاتالیست، سرامیک، الکترونیک و مغناطیس و محیط‌زیست و انرژی میتوان اشاره کرد. نانوسیال که از مخلوط کردن نانوذرات در یک سیال پایه حاصل می‌شود، ازجمله کاربردهای مهم نانوذرات است.
پیشرفت در فناوری نانو در دو دهه اخیر و استفاده از نانوسیال به‌عنوان محیط جدید و مناسبی برای انتقال حرارت افق جدیدی را فرا روی پژوهشگران ایجاد کرده است. ازآنجاکه محیطهای سیال انتقال حرارت در صنایع از قبیل آب، اتیلن گلیکول و روغن از ضریب هدایت گرمایی کمی در مقایسه با فلزات و اکسیدهای فلزی برخوردارند، میتوان با افزودن مواد جامد با مشخصههای گرمایی بهتر عملکرد گرمایی سیالات بالا را بهبود بخشید. بحث افزودن ذرات جامد با اندازه میکرو به سیالات پایه از دهها سال قبل مطرح شده است ولی ازآنجاکه سوسپانسیون حاصل به سرعت ته‌نشین میشود گرفتگی معابر و لولههای عبوری را در پی دارد. از طرف دیگر وجود ذرات با اندازه میکرو سبب سایش جداره لولهها شده و به پمپها و وسایل انتقال نیز آسیب جدی وارد میکند. در نانوسیالات به دلیل وجود ذرات با اندازه نانو در داخل سیال پایه مشکلات مربوط به تهنشینی، گرفتگی لولهها و سایش کاهش قابل‌ملاحظه‌ای خواهد داشت. از مزیتهای نانوسیالات افزایش شدید ضریب هدایت گرمایی و همچنین ضریب جابهجایی انتقال حرارت بدون افزایش قابل‌توجه در افت فشار میباشد.
۱-۶-۶ تولید نانوذرات
روشهای بسیاری برای تولید نانوذرات ابداع و توسعه‌یافته‌اند. این روشها را به دو دسته شیمیایی و فیزیکی میتوان تقسیم کرد. هرچند برخی از فرآیندهای تولید را در دسته جداگانهای تحت عنوان فرآیندهای مکانیکی- شیمیایی نیز میتوان جای داد. در یک دسته‌بندی دیگر روشهای تولید نانوذرات را به فرآیندهای حالت بخار، مایع و جامد نیز میتوان تقسیمبندی کرد. در این بخش به معرفی برخی فرآیندهای متداول اعم از فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی، فرآیندهای حالت بخار، مایع و جامد پرداخته می‌شود.
۱-۶-۶-۱ فرآیندهای حالت بخار
فرآیندهای حالت بخار در تولید نانوذرات را به سه دسته زیر می‌توان تقسیم کرد.
الف) فرآیندهای رسوب فیزیکی بخار یا PDV[83]
اساس فرآیند رسوب فیزیکی بخار، تولید فاز بخار از ماده موردنظر از طریق فرآیندهای تبخیر، سایش لیزری و یا اعمال پرتوهای یونی است. در این فرآیندها اتم از سطح ماده کنده شده و وارد فاز بخار می‌شوند. با اعمال عملیات سرمایش، چگالش بخار صورت می‌گیرد. چگالش سریع و ناگهانی یا آرام بخار در اندازه و توزیع اندازه ذرات تشکیل‌شده مؤثر خواهد بود.
ب) چگالش گاز خنثی
در فرآیند چگالش گاز خنثی، ماده اولیه درون محفظهای که تحت خلا بسیار زیادی قرار دارد در اتمسفر خنثی تبخیر میشود. بخارات تشکیل‌شده به‌طرف نواحی سرد گازهای درون محفظه مهاجرت میکنند. این بخارات به دلیل برخورد با مولکول‌های گاز خنثی انرژی خود را از دست میدهند به دلیل محدودیت حرکتی ایجادشده به‌واسطه برخورد بخارات ماده و مولکول‌های گاز خنثی ناحیه فوق اشباعی حاصل‌شده و با تجمیع بخارات تعداد زیادی کلاستر ایجاد می‌شود. در ناحیه سرد این کلاسترها در اثر چگالش تبدیل به نانوذرات میشوند. مهم‌ترین عوامل مؤثر در اندازه،‌ شکل و سرعت رشد کلاسترها را شدت رسیدن مولکول‌های بخار به ناحیه فوق اشباع، شدت اتلاف انرژی مولکول‌های بخار داغ و شدت تولید کلاسترها تشکیل میدهند.
ج) فرآیند رسوب شیمیایی فاز بخار یا CVD [۸۴]
رسوب شیمیایی بخار روشی است که در آن جذب سطحی گاز روی سطح داغ برای تولید ماده موردنظر انجام میگیرد. در این روش ماده موردنظر آن‌قدر گرم می‌شود تا به‌صورت گاز درآید. سپس مولکول‌های گاز تحت خلا ‌بر روی یک سطح ایجاد ذرات نانومتری جامد مینمایند. این فرآیند را برای تولید انواع نانوذرات فلزی اکسیدی و نیز کاربیدهای فلزات میتوان بکار برد. تولید ذرات خالص مزیت مهم این روش است. با توجه به منبع مورد استفاده برای فعالسازی واکنشهای شیمیایی، فرآیند CVD به سه دسته فرآیند CVD با فعالساز حرارتی، CVD با فعالساز لیزری و فرآیند CVD با فعالساز پلاسما تقسیم‌بندی میشود. اگر در فرآیند CVD از فعالساز حرارتی استفاده شود، دمای بالای لازم برای فرآیند از طریق دیوارههای حرارتی راکتور تامین میشود. درحالی‌که در فرآیند CVD با فعالسازی لیزری از پرتوهای لیزر برای فعالسازی واکنشهای شیمیایی استفاده میگردد. این فرآیند امکان کنترل ترکیب رسوب و تولید محصولی باکیفیت مطلوب در دمای کمتر را فراهم میسازد. فرآیند CVD با فعالساز پلاسما قادر است تا رسوب موردنظر را در دمای پایین تولید نماید. در این فرآیند میتوان از انواع منابع انرژی مانند فرکانس رادیویی، جریان مستقیم یا مایکروویو استفاده کرد.

برای دانلود متن کامل پایان نامه به سایت  fotka.ir  مراجعه نمایید.