دستگاه تست انتقال حرارت نانو سيالات با رفع كليه مشكلات موجود در دستگاه هاي آزمايش سيالات عامل و تامين خواست محققان در اندازه گيري دقيق، سريع و با ميزان اندك مصرف نانوسيال، عملا بهترين راندمان را در اندازه گيري انتقال حرارت نانوسيالات دارا مي باشد. اين دستگاه از سه سيكل مجزا وي يك واحد مبدل آزمايشگاهي تشكيل شده است: 1- سيكل تامين و گردش آب داغ: اين قسمت علاوه بر امكان سيركولاسيون، حجم آب پمپ شده را نيز اندازه گيري كرده و قابليت تنظيم دماي آب داغ تا دماي صد درجه به صورت بسيار دقيق را با هيتر هاي قدرتمند دارا مي باشد. 2- سيكل گردش و خنك كاري نانو سيال اين سيكل در كمترين مسافت گردش، با استفاده از مبدل ها و شرائط خاص، دماي اوليه نانو سيال را تامين مي كند. ضمنا در اين سيكل امكان جريان سنجي در محدوده ها مختلف فراهم گرديده و مسيرهاي جداگانه اي براي هر يك در نظر گرفته شده است. 3- سيكل گردش و خنك كاري سيال عامل مبدل هاي ثانويه در اين چرخه نيز با استفاده از مقادير محدودي سيال عامل، خنك كاري كامل نانو سيال انجام مي شود و سيال عامل در حين خنك كاري، توسط مبدل ديگري به سرعت خنك مي گردد. 4- ناحيه آزمايش: اين قسمت كه به طور ويژه در قسمت فوقاني ميز آزمايش تعبيه شده است، جايگاهي است كه مبدل هاي مختلف روي آن قرار گرفته و امكان سنجش دما و فشار آنها فراهم مي گردد. از امكانات اين قسمت، قابليت زاويه پذيري و امكان جداسازي سريع و جايگزين سازي مبدل است .

براي حل مشكل ضريب هدايت حرارتي بسيار پايين سيالات متداول در سيستمهاي حرارتي، به سيالات جديد با ضريب هدايت حرارتي مطلوب¬ترنياز است، بنابراين استفاده از نانوسيالات به عنوان روشي نوين در اين زمينه پيشنهاد شده است. نانو سيال از تعليق يكنواخت و پايدار نانوذرات فلزي در سيال¬هاي متداول مانند آّب و ... پديد مي آيد. به دليل وجود ذرات بسيار ريز معلق در سيال و بالا بودن ضريب هدايت حرارتي اين ذرات نسبت به سيال خالص، خواص حرارتي نانوسيال بسيار مطلوب¬تر از سيال پايه مي باشد. يكي از ارزانترين و پركاربردترين نانوذرات موجود، نانوذرات اكسيد مس مي باشد. سيال انتقال حرارتي جديد در اين اختراع شامل نانو سيال بسيار پايدار آب اكسيد مس است كه براي افزايش هدايت حرارتي سيال، به‌صورت معلق در سيال درآمده‌اند. اين سيال عملا با ايجاد كمترين افت فشار در عملگرهاي حرارتي، باعث افزايش راندمان آنها مي گردد. نانوذرات مس با قابليت هاي ويژه با سيلان در يك سيستم بسته ؛مثلاً رادياتور، مبدلهاي گوناگون(لوله اي ، صفحه اي و ...) ، تبخيركننده و كندانسور سيستم تبادل حرارتي و انتقال انرژي گرمايي باعث بهبود قابل توجه بازده حرارتي مي گردند. ضمنا در اين اختراع به عدم رسوب دهي نانو سيال در تمامي دماها و شرائط كاركرد نيز توجه شده و با توجه به اين امر، نانو سيال با قابليت پايداري بسيار بالا و رسوب دهي بسيار اندك توليد شده است. اين پايداري با استفاده از روشهاي فيزيكي و شيميايي خاص حاصل گرديده است.

اتيلن گليكول از سيالات پركاربرد در مبدل هاي حرارتي محسوب مي شود كه داراي ضريب هدايت حرارتي پائيني مي باشد. اين طرح بر مبناي بهبود خواص حرارتي اين سيال مهم با اضافه كردن نانوذرات اكسيد روي به آن، شكل گرفته است. تعليق نانو ذرات اكسيد روي كه از ضريب هدايت حرارتي بالا و قيمت مناسب برخوردار است، در اتيلن گليكول مي تواند موجب افزايش راندمان حرارتي گردد. وجود توامان دو پارامتر سيال مطلوب حرارتي و توليد نانوسيال كم هزينه كه به عنوان اهداف اين اختراع مي باشد، مي تواند زمينه گسترش استفاده از اين نانوسيال را در موارد صنعتي و تجاري فراهم مهيا نمايد. به منظور پايدارسازي قطعي اين نانوسيال و اطمينان از تعليق مناسب آن و به منظور جلوگيري از رسوب دهي و انسداد مجاري، بسته به كسر حجمي از تركيبي از سورفكتانت هاي موثر در اندازه هاي پائين تر از يك درصد وزني سيال و دستگاه همزن مافوق صوت بصورت تؤامان استفاده شده است. همچنين پس از آماده سازي نانوسيال ضريب هدايت حرارتي آن بوسيله دستگاه اندازه گيري KD2 Pro اندازه گيري شد. مقادير اندازه گيري شده در كليه كسرهاي حجمي نشان داد كه افزودن نانوذرات باعث افزايش ضريب هدايت حرارتي گرديده است.

سيال عامل انتقال حرارت مطروحه در اين طرح يك نانوسيال هيبريدي بوده و به‌عنوان نسل جديدي از سيالات عامل حرارتي كه از مخلوط دو نوع نانوذره اكسيدي و فلزي و تركيب دو نوع سيال پايه آب و اتيلن گليكول ساخته شده است و از دو وجه قابل ارزيابي است: 1- ايده انتخاب مواد و روش ساخت و تعليق نانوسيال: اين تركيب استفاده از مواد داراي قيمت مناسب تر نسبت به نانوسيالات فلزي و قابليت هاي بيشتر نسبت به نانوسيالات اكسيدي ميگردد كه مي تواند به‌عنوان نقطه قوت و وجه نوآورانه اين اختراع در كنار روش هاي تعليق، مورد توجه قرار گيرد 2- خواص حرارتي و رئولوژيكي حاصل شده ضريب هدايت حرارتي اين نانوسيال از سيالات آب و اتيلن گليكول بالاتر بوده و در دامنه غلظت (كسر حجمي) خاص داراي ويسكوزيته قابل‌قبول مي‌باشد و مي‌تواند به‌عنوان يك پتانسيل ويژه براي صنايع مهم و تكنولوژي بالا خصوصاً در مبدل‌هاي حرارتي مداربسته با گردش اجباري در حال و آينده مطرح گردد.

در اين اختراع يك كلوئيد مطلوب و پايدار با تركيب سيال پايه اتيلن گليكول و ذرات بسيار ريز آهن در اندازه هاي مختلف مختلف با روشهاي تركيبي شيميايي، مكانيكي به منظور كاركردهاي حرارتي در صنعت و طراحي هاي مهندسي، آماده سازي و تعليق شده است. وجود توامان دو پارامتر سيال مطلوب حرارتي و توليد كلوئيد كم هزينه كه به عنوان اهداف اين اختراع مي باشد كه مي تواند باعث گسترش استفاده ازآن در موارد صنعتي و تجاري گشته و افزايش انتقال حرارت و بهينه كردن اندازه ابزار آلات و دستگاه ها را در بر خواهد داشت. از سوي ديگر در توليداين سيال عامل حرارتي تركيبي، سعي شده كه از ذرات بسيار ريز آهن در سايزهاي مختلف استفاده شود و با توجه به نياز صنعت، نمونه هاي مختلفي از اين سيال عامل با ذرات آهن در جنس هاي مختلف و قيمت هاي گوناگون با خواص هاي متفاوت ارائه گردد. استفاده از ذرات فلزي آهن در سايزهاي مختلف كه از گروه ذرات فلزي بوده و داراي بهترين خواص حرارتي و فيزيكي مي باشد، انگيزه توليد اين محصول مي باشد. اين در حالي است كه اين سيال عامل، قابليت هاي انتقال حرارتي بسيار بالايي داشته و نسبت به سيالات پايه امتيازات خاص و ويژه اي دارد. از ديگر سو، پايداري اين ذرات آهن در سيال پايه با استفاده از تركيبي از سورفكتانت هاي كاتيونيك خاص، با در صد حجمي مشخص و قرار دادن اين كلوئيد در معرض امواج التراسونيك براي يك زمان مشخص و تعريف شده، منجر به پايداري و تعليق مناسب ذرات آهن در اتيلن گليكول گرديد

روغن موتور به عنوان سردكننده و روان‌كار موتورهاي داخلي مانند ژنراتورهاي ديزل، ماشين آلات كشاورزي، خودروها و ماشين‌آلات صنعتي ديگر استفاده مي‌شود. زيرا در اين موتورها، قطعات متعددي با يكديگر در تماس بوده كه در اثر اصطكاك مقداري از انرژي جنبشي به گرما تبديل مي شود. از وظايف ديگر روغن تميز كاري، جلوگيري از خوردگي و آب‌بندي قطعات را مي‌توان نام‌برد. وظيفه مهم روغن دفع حرارت از قطعات محرك به بيرون از موتور است. از اين رو استفاده مناسب از روغن موتور منجر به افزايش‌راندمان، كاهش مصرف سوخت و دوام بيشتر موتور مي‌شود. ويسكوزيته ‌و رسانايي گرمايي روغن عوامل مهم در روان‌كاري ا‌و خنك‌كاري موتور هستند. در اختراع حاضر، روغن موتور 40w10، با بهره گيري از ذرات آلومينا براي كاربردهاي صنعتي غني شده است. ذرات آلومينيوم اكسيد با روش دو مرحله اي و تعليق اين ذرات ريز با كمك دستگاه هموژنايزر التراسونيك حاصل شده است. غلظت در محدوده كسر حجمي كمتر از 2 درصد براي قرار گرفتن در رنج سيال نيوتني مي باشد. سيال توليدي داراي ويژگي بهبود خواص ويسكوزيته از جهت عمر روغن و كاهش سايش مي باشد. ميزان افزايش ويسكوزيته در آن، در رنج% 15 تا% 132 وابسته به غلظت مورد استفاده متغير است.

با توجه به وظايف مهم روغن موتور كه عبارت از روانكاري(كاهش دهنده اصطكاك بين قطعات)، كاهش سايش قطعات موتور، شست و شوي داخل موتور و تميز نگهداشتن قطعات داخل موتور از دوده و تركيبات حاصل از تجزيه روغن و رسوبات بين قطعات، آب بندي كامل بين سيلندر و پيستون، خنك نمودن قطعات داخلي موتور، كاركرد بهينه قطعات و محافظت از قطعات در مقابل خوردگي و ضربه گيري است، اهميت اين سيال مشخص است. در اين اختراع، سيال روانكار جديد حاصل تعليق ذرات اكسيد آلومينيوم با روغن موتور 5w50 كه يك روغن موتور چهارفصل محسوب مي شود، مي باشد. در اين طرح از ذرات اكسيد آلومينيم گاما استفاده شده است كه موجب بهبود خواص انتقال حرارتي نيز مي گردد. خواص رئولوژيكي سيال روانكار جديد در رنج دماهاي 5 تا 65 درجه نشان مي دهد رفتار اين سيال تقريبا نيوتني بوده و در غلظت هاي بالا (حدود 2 درصد حجمي) به سمت رقيق برشي پيش مي رود. اين روانكار وابسته به نياز و شرايط كاركردي موتور در غلظت هاي مختلف از 0.1 درصد تا 2 درصد قابل ساخت بوده و داراي تعليق ميان مدت مي باشد.

روغن ها به عنوان سردكننده و روان‌كار در موتورها، ژنراتورهاي ديزل، ماشين آلات كشاورزي، خودروها و ماشين‌آلات صنعتي ديگر استفاده مي‌شوند. زيرا در اين تجهيزات، قطعات متعددي با يكديگر در تماس مستقيم بوده كه در اثر اصطكاك مقداري قابل توجهي از انرژي جنبشي به گرما تبديل مي شود. از اين رو استفاده مناسب از روغن موتور منجر به افزايش‌راندمان، كاهش مصرف سوخت و دوام بيشتر موتور مي‌شود. ويسكوزيته ‌و رسانايي گرمايي روغن، عوامل مهم در روان‌كاري و خنك‌كاري موتور هستند. در اختراع حاضر، نسل جديدي از روانكارها مورد بررسي و معرفي قرار گرفته است. بدليل خواص منحصر به فرد نانوروانكارها، مطالعه بر روي آنها توجه محققان را به خود جلب كرده است. نانوروانكار حاوي نانوذره SiO2 همراه با MWCNT در روانكار روغن موتور 10W40 پخش و تعليق شده و تشكيل نانوروانكار هيبريدي MWCNTs-SiO2/10W40را داده اند. روغن موتور 10w-40، با بهره گيري از اين نانوذرات براي كاربردهاي صنعتي غني شده است. با توجه به فراواني و در دسترس بودن نانوذرات SiO2 وجود اين نانوذره 4 برابر نانولوله كربني است چراكه نانولوله هاي بسيار گران بوده و از فراواني كمتري برخوردار هستند. و همچنين ويژگيهاي حرارتي اين ماده، با شيوه تعليق استفاده همزمان از روش هاي شيميايي (استفاده از سورفكتانت هاي مناسب و درصد وزني مشخص) و روش مكانيكي (استفاده همزمان از همزن مغناطيسي و امواج مافوق صوت به منظور تعليق مناسب و پايدار) يك نانوروانكار مطلوب توليد مي شود. اين نانوروانكار مي تواند در محدوده كسر حجمي كمتر از يك درصد، به منظور افزونه به روانكار روغن موتور براي افزايش كارايي و روانكاري مناسبت تر، توليد گردد. سيال توليدي داراي ويژگي بهبود خواص ويسكوزيته از جهت عمر روغن و كاهش سايش مي باشد.

يكي از مشكلات استفاده از مخلوط هاي ،ميكرو¬سيالات و نانوسيالات در صنايع مختلف و كاربردهاي مهندسي به ته¬نشيني آنها و ايجاد مشكلات ناشي از آن باز مي گردد. به اين دليل يكي از فرايند هايي كه در سال¬هاي اخير، به شدت مورد توجه پژوهشگران و محققان واقع شده است، بررسي تعليق اين سيالات و افزايش پايداري آنها مي¬باشد. بنابراين يافتن راهي براي افزايش زمان پايداري و جلوگيري از ته نشين شدن ذرات جامد معلق در سيال، براي صنايع مرتبط با اين سيالات و مهندساني كه طراحي هاي خود را بر اين مبنا انجام مي دهند، بسيار مهم مي باشد. ايراد ديگر در ارتباط با نانوسيالات به حجم توليد و روش هاي گاها دست نايافتني مربوط به آن بازمي گردد. با توجه به اينكه نانوسيال به منظور كاركردهاي صنعتي به عنوان سيال عامل پيشنهاد مي گردد، بايد قابليت توليد انبوه در حد برطرف سازي نياز صنعت و بازار را داشته باشد. بنابراين بررسي روشهايي ساده و با پايداري عالي مي تواند راهگشاي بسياري از مشكلات در زمينه تجاري سازي نانوسيالات باشد. مشكل اساسي ديگر در استفاده از نانوسيالات به هزينه هاي گزاف و قابل توجه در توليد و تعليق آن باز مي گردد. در اين اختراع سعي شده تا با استفاده از نانوذرات نقره كه داراي خواص مطلوب حرارتي و قيمت هاي مناسب و ارزان مي باشد، نانوسيالي مطلوب و مناسب كاربردهاي صنعتي تهيه شود. روش اصلي مورد استفاده در اين اختراع، نانوذرات نقره با استفاده از تركيب چندين سورفكتانت خاص ، درون سيال مي باشد. استفاده از اين روش مي تواند باعث ايجاد سيالي پايدار و با تعليق يكنواخت گردد. ضمن اينكه در اين اختراع از همزن هاي التراسونيك نيز به منظور شكستن توده ها و ايجاد تعليق استفاده مي شود اما زمان استفاده از همزن هاي التراسونيك در اين روش بسيار كمتر از روش هاي مشابه مي باشد. سعي شده است با ايجاد تناوب در استفاده از استيرر و همزن التراسونيك پرابي، بهترين شرائط براي تعليق و شكستن كلوخه هاي ذرات و پايداري حاصل گردد. سيال انتقال حرارتي جديد معرفي شده در اين اختراع آب-نقره با كاربردهاي صنعتي و تجاري مي باشد كه داراي خواص برتر و فوق العاده حرارتي نسبت به سيالات پايه اي مانند آب و حتي ساير نانوسيالات مي باشد. از سوي ديگر به علت زمان اندك عبور امواج التراسونيك، مدت زمان ساخت و توليد اين نانوسيال بسيار اندك بوده و قابليت توليد در حجم هاي بسيار بالا را دارا خواهد بود.اين سيال عملا با ايجاد كمترين افت فشار و بالابردن ضريب هدايت حرارتي در عملگرهاي حرارتي، باعث افزايش راندمان آنها مي گردد.

سيالات انتقال حرارت كه عمدتاً شامل آب و اتيلن گليكول است، در مقايسه با جامدات و فلزات ضريب انتقال حرارت بالايي ندارد. بنابراين، ايده¬ي استفاده از ذرات جامد در يك سيال شكل گرفته است. با توجه به اينكه براي چنين كاربردي پايداري سوسپانسيون اهميت زيادي دارد و از طرف ديگر، ذرات با ابعاد ميكرو به سختي در سيال به حالت تعليق در مي آيند، نانوذرات براي اين نوع كاربردها در نظر گرفته شده است. نانوذرات به دليل مساحت سطح زيادي كه با سيال دارند، مي توانند انتقال حرارت را به طور چشمگيري بهبود ببخشند. البته بدست آوردن محلولي پايدار براي يك مدت طولاني، مسئله¬ي مهمي است كه روش هاي آن براي نانوذرات مختلف گوناگون است. پيش از اين، نانوسيال آب- اكسيد منيزيم ، توسط همين محققين ارائه شده بود. در اين نوشتار، با استفاده از سيال پايه اتيلن گليكول و ذرات اكسيد منيزيم سيال عامل حرارتي جديدي با قابليت هاي حرارتي بهتر نسبت به آب- اكسيد منيزيم ارائه شده است. در اين طرح براي ساخت سوسپانسيوني پايدار از همزن التراسونيك و سورفكتانت هاي تركيبي استفاده شده است و محصول در اندازه هاي متفاوت ذرات و كسرهاي مختلف حجمي آماده سازي و پايدار شده است. ضريب هدايت حرارتي سوسپانسيون اتيلن گليكول – اكسيد منيزيم با استفاده از دستگاه KD2 Pro اندازه گيري شده است و افزايش 26 درصدي در ميزان انتقال حرارت در كسر حجمي 3 درصد اين محصول حاصل شد.