بهبود مشخصه های عملکردی انتقال حرارت جوشش استخری نانوسیال مبتنی بر آب دیونیزه حاوی نقاط کوانتومی گرافن دوپ شده با گوگرد و نیتروژن

افزایش بازده انتقال حرارت از الزامات اساسی در سامانه های تبدیل انرژی پیشرفته به شمار می رود. در میان نانومواد نوظهور، نقاط کوانتومی گرافن دوپ شده با گوگرد و نیتروژن (S,N-GQD) به دلیل داشتن مراکز فعال فراوان، ساختار الکترونیکی قابل تنظیم و پایداری شیمیایی بالا نسبت به گرافن خالص به عنوان افزودنی های نویدبخش برای بهبود فرآیند جوشش استخری مطرح شده اند. در این پژوهش آزمایشگاهی، نانوسیال های فوق پایدار مبتنی بر آب دیونیزه حاوی نانوذرات S,N-GQD در سه غلظت ۲۰۰، ۵۰۰ و ppm ۱۰۰۰ تهیه شدند. نانوذرات با روش سنتز شیمیایی در محیط قلیایی تولید و با روش دو مرحله ای در سیال پایه پراکنده شدند. آزمایش های جوشش استخری تحت فشار اتمسفری بر روی سطح مسی تخت صیقل خورده انجام گرفت. برای ارزیابی عملکرد حرارتی، تغییرات شار حرارتی بحرانی (CHF) و ضریب انتقال حرارت (HTC) نسبت به آب دیونیزه خالص اندازه گیری و تحلیل شدند. نتایج نشان داد که با افزایش غلظت نانوذرات تا مقدار بهینه ی ppm ۵۰۰، مقادیر CHF و HTC به ترتیب حدود ۱۴۴/۸۷ و ۹۴/۸۴ افزایش یافتند. این بهبود به افزایش هدایت حرارتی موثر نانوسیال، بهبود ترشوندگی سطح و افزایش تعداد مراکز فعال هسته زایی نسبت داده شد. در غلظت های بالاتر از مقدار بهینه تجمع ذرات و رسوب آنها بر سطح داغ موجب افزایش مقاومت حرارتی و کاهش نرخ انتقال حرارت گردید. بر اساس نتایج، نانوسیال S,N-GQD مبتنی بر آب دیونیزه به عنوان گزینه ای زیست سازگار و کارآمد برای کاربردهای خنک کاری پیشرفته معرفی می شود.

کلیدواژه ها:

جوشش استخری ، انتقال حرارت ، نانوسیال ، نقاط کوانتومی گرافن دوپ شده با گوگرد و نیتروژن ، شار حرارتی بحرانی ، ضریب انتقال حرارت