۱-۶-۶-۲ فرآیند حالت مایع و حالت جامد
دسته دیگری از روشهای تولید نانوذرات را فرآیندهای حالت جامد تشکیل می‌دهد. در این روش نانوذرات را از طریق آسیاب کردن و پودر نمودن تهیه میکنند. خواص نانوذرات حاصل از این روش تحت تأثیر نوع گلوله‌های آسیاب کننده، زمان آسیاب و محیط اتمسفری آن قرار میگیرد. از این فرآیند برای تولید نانوذراتی میتوان استفاده نمود که از طریق فرآیندهای حالت بخار و حالت مایع به‌آسانی تولید نمی‌شوند. از موارد استفاده روش حالت جامد میتوان به آلیاژسازی مکانیکی و فرآیندهای شیمیایی- مکانیکی اشاره کرد. آخرین دسته از فرآیندهای تولید نانوذرات را فرآیندهای حالت مایع تشکیل میدهد. با توجه به اینکه این روش‌ها دارای سادگی، تنوع، تطبیق‌پذیری و قابلیت استفاده برای انواع نانوذرات هستند، ‌موردتوجه بیشتری قرارگرفته‌اند. مهم‌ترین روش موجود در فرآیندهای حالت مایع به شرح زیر است،
تولید نانوذرات به‌وسیله فرآیند همرسوبی
تولید نانو ذرات بیشتر از طریق همرسوبی در محلولهای آبی و سپس اعمال فرآیند تجزیه حرارتی برای ایجاد محصولات اکسیدی صورت میگیرد. روش همرسوبی شامل فرآیندهای همزمان هسته‌زایی، رشد و کلوخه شدن است.
فرآیند سل ژل[۸۵]
فرآیند سل ژل به هیدرولیز و تراکم پیش مواد با پایه آلکوکسید مانند Si(OEt)(تترااتیل ارتوسیلیکات یا TEOS) اطلاق میشود. فرآیند سل ژل را میتوان به یکسری از مراحل مشخص تقسیم کرد:
مرحله اول: تشکیل محلولهای پایدار آلکوکسید
مرحله دوم: تولید ژلاتین از تشکیل یک شبکه پل دار الکلی یا اکسیدی
مرحله سوم: زمان دهی به ژل
مرحله چهارم: خشک کردن ژل
مرحله پنجم: آب‌گیری
مرحله ششم: متراکم کردن و تجزیه ژل در دماهای بالا
۱-۶-۶-۳ تولید نانوذرات با استفاده از روش سیال فوق بحرانی
اخیراً سیالهای فوق بحرانی یا گازهای فشرده به‌عنوان یک محیط مناسب برای انجام فرآیند تبلور و تولید نانوپودرها پیشنهادشده‌اند. یک سیال فوق بحرانی ترکیبی است که در دما و فشار بالاتر از نقطه بحرانی خود قرار دارد. به‌عنوان مثال سیال فوق بحرانی مورد استفاده میتواند کربن دی‌اکسید باشد که علاوه بر ارزان بودن، اثر آلوده‌کنندگی نیز ندارد و متغیرهای بحرانی آن (Tc= 31.1°C, Pc=73.9 bar) در یک دستگاه صنعتی به‌سادگی قابل حصول است. استفاده از سیال فوق بحرانی،‌ کنترل دقیق فرآیند تبلور و توانایی تولید ذرات بسیار ریز و یکسان (از نظر اندازه) را فراهم می‌آورد. همچنین وجود خواصی نظیر نفوذ شبه گازی آن و امکان حذف کامل آن در انتهای فرآیند، باعث جلب‌توجه زیاد به سمت آن شده است. به‌طورکلی این سیالها در تکنولوژیهای تولید نانوپودرها، در سه حالت جسم حل شونده، ضد حلال و کمک حلال مصرف میشوند.
۱-۶-۷ نانولولهها
نانولوله، لوله‌ای است که در مقیاس نانو به‌وسیله نانوذرات ساخته می‌شود. نانولوله‌ها از خانواده فولرنها محسوب می‌شوند. قطر یک نانولوله در حدود چند نانومتر است. درحالی‌که طول آن میتواند به چندین میلی پدیده هوایی برسد. رسانایی حرارتی نسبت به سایر ترکیبات به‌استثنای الماس خالص، رسانایی الکتریکی بسیار بالا، توانایی حمل جریانی بالاتر از مس، ممان مغناطیسی بسیار بزرگ و قابلیت گسیل و جذب نور از ویژگیهای برجسته نانولولهها است. یکی از مهم‌ترین انواع نانولوله‌ها، نانولوله‌های کربنی هستند. نانولوله‌های کربنی در ۲ گروه اصلی : تک دیواره (تک جداره)و چند دیواره (چند جداره) وجود دارند.
هدایت گرمایی قابل‌توجه نانولولهها هم‌اکنون آن‌ها را در رقابت با نانوذرات در تهیه نانوسیالها قراردادهاست. افزودن ذرات جامد فلزی یا اکسیدهای فلزی، به یک سیال سبب افزایش قابل‌توجه هدایت حرارتی سیال می‌شود. ولی به دلیل مشکلاتی که در این زمینه وجود داشت ازجمله ته‌نشینی بسیار سریع ذرات و عدم پایداری سوسپانسیونهای تشکیل‌شده، عملی شدن ایده افزایش انتقال حرارت با افزودن ذرات جامد به سیال تا مطرح‌شدن تهیه و تولید نانوذرات به تعویق افتاد. با ممکن شدن تهیه ذرات جامد با ابعاد نانومتری این ایده شکل عملی به خود گرفته و اکنون تحقیقات وسیعی در زمینه تهیه نانوسیال در جریان است. ویژگی نانولولههای کربنی به‌خصوص هدایت حرارتی آن‌ها توجه محققین را به استفاده از نانولولهها در تهیه نانوسیال معطوف کرده است. ضریب هدایت حرارتی برای نانولولههای کربنی چند جداره در حدود W/m.K 3000 و برای نانولولههای کربنی تک جداره در حدود W/m.K 600 گزارش شده است.
وجود نانولوله در یک سیال پایه می‌تواند متناسب با غلظت آن، ضریب هدایت حرارتی سیال پایه را به‌شدت افزایش داده و نسبت ضریب هدایت حرارتی نانوسیال حاوی نانولوله به ضریب هدایت حرارتی سیال پایه را به بالاتر از ۸/۱ نیز برساند. این در حالی است که افزودن نانولولههای کربنی به سیال پایه نشان‌دهنده افزایش ۴۰۰ درصدی ضریب انتقال حرارت جابهجایی نیز است.
۱-۶-۸ انتقال حرارت جابهجایی در نانوسیالات
بهینه‌سازی تجهیزات انتقال حرارت جهت رسیدن به راندمان بالاتر انرژی نیازمند تمرکز بر کوچک‌سازی تجهیزات از یک‌سو و افزایش شدت انتقال حرارت به ازای واحد سطح از سوی دیگر میباشد. سیالاتی نظیر آب، روغنهای معدنی و اتیلن گلیکول نقش زیادی در انتقال حرارت در فرآیندهای صنعتی مانند فرآیندهای تولید نیرو، فرآیندهای شیمیایی، فرآیندهای سرمایش و گرمایش و میکروالکترونیک بر عهده‌دارند. خواص ضعیف انتقال حرارت سیالات متداول نظیر سیالات مذکور اولین مانع جدی در فشردهسازی و کارآمد کردن مبدلهای حرارتی است.
هدایت حرارتی برخی از جامدات نظیر فلزات چند صد برابر مایعات متداول حامل انرژی است. بر این اساس ایده بهبود و افزایش هدایت حرارتی مایعات با افزودن ذرات جامد بسیار ریز شکل گرفته است. برخی از ذرات جامد مانند ذرات فلزی، غیرفلزی. پلیمری را میتوان با مایعات مخلوط کرده و از آن‌ها سیال دوغابی شکل تهیه کرد. هرچند اگر سوسپانسیونهای حاصل محتوی ذرات با ابعاد میلی‌متر یا میکرومتر باشند مشکلاتی نظیر گرفتگی مجاری حرکت سیال، تهنشینی سریع و افت فشار بیش‌ازحد ظاهر خواهد شد و درصورتی‌که ذرات دارای اندازه نانومتری باشند مشکلات بالا بسیار کمرنگ خواهند گردید.
سیالات حامل انرژی در صنایع اغلب با حرکت در مجاری انتقال نظیر لولهها و مبدلهای حرارتی انرژی را به نقاط موردنظر منتقل مینماید. در این حالت آنچه برای مهندسین اهمیت دارد، برآورد میزان انتقال انرژی به واسط جابهجایی سیال میباشد. برای این منظور باید ضریب انتقال حرارت در فرآیند موردنظر مشخص باشد تا بتوان از طریق آن میزان سطح موردنیاز برای مبادله انرژی حرارتی را محاسبه کرد. برای سیالات متداول حامل انرژی این مسئله تا حدود زیادی حل شده و روابطی برای این منظور تدوین شده است. لیکن با مطرح‌شدن استفاده از نانوسیالات در انتقال انرژی، بحث تعیین ضریب انتقال حرارت جابهجایی در این سیالات نیز به وجود آمده است.
۱-۶-۸-۱ جابهجایی اجباری در نانوسیالات
مقدار انتقال حرارت جابهجایی اجباری نتیجه حرکت توده سیال میباشد. حرکت سیال میتواند بر اثر اعمال یک نیروی خارجی، نظیر نیروی منتقل‌شده به سیال توسط پمپ ایجاد شود. به‌وسیله جابهجایی اجباری یک سیال روی یک سطح با دمایی متفاوت با دمای سیال میتواند انتقال حرارت صورت گیرد. نرخ انتقال حرارت جابهجایی توسط معادله قانون سرمایش نیوتن قابل‌محاسبه میباشد.

برای دانلود متن کامل پایان نامه به سایت  ۴۰y.ir  مراجعه نمایید.

(۱-۵۰)

در رابطه بالا شار انتقال حرارت، h ضریب انتقال حرارت جابهجایی، Tدمای سطح و T دمای سیال است. در برآورد میزان حرارت مبادله شده بین سطح و سیال مهم‌ترین مسئله تعیین مقدار ضریب انتقال حرارت جابهجایی است.
۱-۶-۸-۲ مدل‌های ریاضی تعیین ضریب انتقال حرارت جابهجایی نانوسیالات
در بررسی مسئله انتقال حرارت جابهجایی برای یک سیال پایه عاری از ذرات نانومتری ضریب انتقال حرارت جابهجایی را از طریق روابط تجربی و نیمه تجربی و با توجه به خواص فیزیکی سیال و نیوتنی و غیر نیوتنی بودن آن میتوان تعیین کرد.
ازجمله روابطی که برای انتقال حرارت جابهجایی توسط سیال پایه بکار میرود میتوان به معادلات زیر اشاره کرد. [۳۹].