مروری بر کاربرد نانوسیال ها در افزایش انتقال حرارت: مکانیزم ها، عوامل موثر و چالش ها

انتقال حرارت کارآمد یکی از ارکان بنیادین طراحی فرایندها و تجهیزات صنعتی است و محدودیت ذاتی هدایت حرارتی سیال های مرسوم نظیر آب، اتیلن گلیکول و روغن های صنعتی، همواره چالشی جدی در مسیر کوچک سازی، افزایش بازده و مدیریت شارهای حرارتی بالا بوده است. نانوسیال ها که از پراکنده سازی ذرات جامد با ابعاد ۱ تا ۱۰۰ نانومتر در یک سیال پایه تشکیل می شوند، به عنوان نسل نوین سیال های انتقال حرارت معرفی شده اند و توانسته اند بهبود چشمگیری در هدایت حرارتی و ضریب انتقال حرارت جابجایی ایجاد کنند. در این مقاله مروری، مکانیزم های بنیادی افزایش انتقال حرارت در نانوسیال ها شامل اصلاح هدایت موثر، حرکت براونی و میکروهمرفت، ترموفورز، تشکیل لایه ساختاریافته در فصل مشترک جامد–مایع و خوشه بندی کنترل شده ذرات بررسی می شود. سپس عوامل کلیدی موثر بر عملکرد، از جمله جنس، اندازه و شکل نانوذرات، کسر حجمی، دمای کاری و نوع سیال پایه تحلیل می گردد. بخش مستقلی به مسئله پایداری اختصاص یافته و نقش سورفکتانت ها، غلظت بحرانی تشکیل میسل و شرایط آماده سازی در حفظ تعلیق پایدار مورد بحث قرار گرفته است. همچنین مروری بر نانوسیال های هیبریدی شامل ترکیبات فلزی، اکسیدی، کربن پایه و سامانه های سبز ارائه می شود. نتایج مطالعات نشان می دهد که در شرایط بهینه، افزایش هدایت حرارتی تا حدود ۷۰ تا ۸۰ درصد نیز گزارش شده است؛ با این حال، افزایش هم زمان ویسکوزیته، افت فشار، هزینه تولید و چالش های زیست محیطی از موانع اصلی کاربرد صنعتی گسترده این فناوری به شمار می روند. در نهایت، مسیرهای پژوهشی آینده با تاکید بر اصلاح سطح ذرات، توسعه نانوسیال های هیبریدی پایدار و تدوین مدل های پیش بینی کننده جامع تبیین می شود.

کلیدواژه ها:

نانوسیال ، انتقال حرارت ، هدایت حرارتی ، نانوسیال هیبریدی ، حرکت براونی