بهبود عملکرد رادیاتورها به کمک نانوسیالات
به گزارش ستاد ویژه توسعه نانو ریاست جمهوری، انتقال حرارت یکی از مسائل مهم در بسیاری از صنایع از جمله صنایع نفت و گاز، صنایع تولید انرژی، صنایع غذایی و صنایع هسته‌ای به شمار می‌رود. در بین صنایع مختلف، صنعت خودروسازی به دلیل درآمدهای قابل توجه، یکی از مهمترین بخش‌های اقتصاد محسوب می‌شود و پیشرفت در این صنعت بر صنایع دیگر نیز تأثیرگذار است.
یکی از اهداف اساسی صنعت خودروسازی دستیابی به موتورهایی با بازدهی بالاتر است. افزایش بازدهی حرارتی رادیاتورها می‌تواند راه رسیدن به هدف مذکور را هموار نماید. تاکنون رویکردهای متفاوتی از جمله بهینه‌سازی ابعاد رادیاتورها، اضافه کردن فن‌های بیشتر، و استفاده از کانال‌های میکرونی جهت بهبود عملکرد رادیاتورها مورد استفاده و ارزیابی قرار گرفته‌اند.
مهندس مهدی شنبدی در خصوص اهداف دنبال شده در این طرح گفت: در این تحقیق سیالی جدید با هدایت حرارتی بالا به‌منظور استفاده در سیستم خنک‌کننده خودرو سنتز شده است. این سیال دارای پایه‌ای از خانواده‌ی نانوساختارهای کربنی است.
وی در ادامه افزود: استفاده از این نانوسیال در سیستم خنک‌کننده موتور خودرو موجب بهبود عملکرد و افزایش بازدهی موتور خودرو می شود. این امر کاهش هزینه مربوط به مصرف انرژی را دنبال می کند. به‌علاوه تولید این نانوسیال با استفاده از روشی ساده و کم‌هزینه صورت گرفته است.
گرافن به دلیل خواص ترموفیزیکی خوب خود از جمله هدایت حرارتی بالا می‌تواند جهت افزایش ضریب انتقال حرارت سیالات مورد استفاده قرار گیرد. اما یکی از معایب گرافن که کاربرد آن را با محدودیت مواجه کرده عدم تمایل به پراکندگی همگن در فاز مایع است. بدین معنی که نانوصفحات گرافن تمایل زیادی به اتصال به یکدیگر از خود نشان می‌دهند.
ازاین‌رو در این طرح با جانشینی نیتروژن به جای کربن در ساختار گرافن از به هم چسبیدگی این نانوصفحات ممانعت شده و یک سیال حاوی آب و اتیلن گلایکول و نانوصفحات گرافنی مچاله شده نیتروژن دار سنتز شده که قابلیت بالایی در خنک کردن موتور دارد.
به گفته شنبدی در این طرح ابتدا گرافن نیتروژن دار شده با سطح فعال بسیار بالا سنتز شده و سپس به طراحی سیستم بهینه رادیاتور خودرو پرداخته شده است. در ادامه یک سیال همگن حاوی گرافن مچاله شده نیتروژن دار و مخلوطی از آب و اتیلن گلایکول تولید شده است.
وی تصریح کرد:در نهایت نیز خواص ترموفیزیکی این نانوسیال سنتز شده از قبیل ویسکوزیته، هدایت و ظرفیت حرارتی و هدایت الکتریکی بررسی شده است. همچنین تأثیر این نانوسیال بر عملکرد حرارتی رادیاتور خودرو در شرایط آزمایشگاهی و صنعتی مورد ارزیابی قرار گرفته است.
این تحقیقات حاصل تلاش‌های مهندس مهدی شنبدی- دانشجوی دکترای دانشگاه فردوسی مشهد- و مهندس احمد امیری- دانشجوی دکترای دانشگاه مالایای مالزی- است. نتایج این کار در مجله Chemical Engineering Journal (جلد 289، سال 2016، صفحات 583 تا 595) به چاپ رسیده است.
