دانلود ترجمه مقاله تأثیر سینتیک تجمع بر رسانایی حرارتی محلول های کلوئیدی در مقیاس نانو (نانوسیال) (ACS سال 2006)

تأثیر سینتیک تجمع بر رسانایی حرارتی محلول های کلوئیدی در مقیاس نانو (نانوسیال)

Effect of Aggregation Kinetics on the Thermal Conductivity of Nanoscale Colloidal Solutions (Nanofluid)

چکیده
رسانندگی گرمایی، k، تعلیق های کلوئیدی نانومقیاس (شناخته شده به عنوان نانوسیال)، شامل نانوذرات معلق در یک مایع بازی، بسیار بالاتر از رسانندگی گرمایی مایع بازی در کسرهای حجمی بسیار کوچکی از نانوذرات می-باشد. اما، نتایج تجربی از گروه های مختلف درسراسر جهان ناهنجاری های مختلفی مانند یک پیک در بهبود k با توجه به اندازه نانوذره، یک افزایش و همچنین یک کاهش در نسبت k این محلول های کلوئیدی با k سیال بازی با افزایش دما، و یک وابستگی k به pH و زمان را نشان داده اند. در این مقاله، سینتیک انباشتگی محلول های کلوئیدی نانومقیاس با فیزیک انتقال حرارتی برای گیرانداختن تاثیرات انباشتگی بر k ترکیب می شوند. نتایج نشان می دهند که ناهنجاری های مشاهده شده گزارش شده در کار تجربی می توانند به خوبی با درنظر گرفتن سینتیک انباشتگی توصیف شوند. درنهایت، نشان می دهیم که شیمی کلوئیدی نقش مهمی در تصمیم گیری درباره k نانوتعلیق های کلوئیدی ایفا می کند.

داده های تجربی ]1-7[ نشان داده اند که محلول های کلوئیدی نانومقیاس، شناخته شده به عنوان نانوسیال ها (NFها)، رسانندگی گرمایی (k) بسیار بالاتری نسبت به رسانندگی که می تواند با استفاده از مدل های رسانش کلاسیکی، مانند مدل ماکسول-گرانت (MG) برای کامپوزیت های ذره ای خوب پراکنده شده پیش بینی شود خواهد داشت. درحال حاضر، دو نوع تفکر برای توضیح بهبود در k وجود دارد: (1) k توسط ریزرسانش ایجادشده توسط حرکت براونی (BM) نانوذرات ]8-12[ بهبود می یابد و k با توجه به انباشتگی نانوذرات که منجر به رفتار تراوایی محلی می شود بهبود می یابد ]13-15[. هردوی این توصیفات برای k مستقل از یکدیگر می باشند، درحالیکه مقاله کلوئیدی بطور واضح نشان می دهد که BM و انباشتگی مرتبط هستند ]16-17[. وابسته به شیمی سیستم، انباشتگی سریع ذره می تواند اتفاق بیفتد. شکل 1 بطور سیستماتیک انباشتگی را نشان می دهد. احتمال انباشتگی با کاهش اندازه ذره در کسر حجم ثابت افزایش می یابد، چونکه فاصله بین ذره ای متوسط کاهش می یابد، که باعث می شود نیروی واندروالس جاذب مهمتر شود ]16-17[. انباشتگی BM را ناشی از افزایش در جرم سنگدانه ها کاهش خواهد داد، درحالیکه این می تواند k را ناشی از تاثیرات تراوایی در سنگدانه ها افزایش دهد، چونکه ذرات با رسانندگی بالا یکدیگر را در سنگدانه نابود می کنند. اما، مدل های ریزرسانش BM موجود انباشتگی را درنظر نمی گیرند ]8-12[، و مدل های انباشتگی موجود برای k سینتیک انباشتگی را درنظر نمی گیرند.

بوردی و همکاران (18) بطور تجربی نشان دادند که رسانندگی الکتریکی کلوئیدها وابسته به سینتیک انباشتگی سیستم می باشد. انباشتگی یک پدیده وابسته به زمان است ]15-17[. بنابراین، درابتدا ذرات به خوبی در t=0 پراکنده هستند (t=زمان) و سپس شروع به تجمع برای تشکیل چندین سنگدانه بصورت نشان داده شده در شکل 1 خواهند کرد. سنگدانه ها توسط شعاع چرخش شان بصورت نشان داده شده در شکل 1 مشخص می شوند. این سنگدانه های منحصربه فرد رسانندگی بالاتری از مایع خواهند داشت؛ آن ها می-توانند بصورت ذرات جدید با یک شعاع موثر درنظر گرفته شوند و آن ها k مربوط به NF را بهبود خواهند داد. اما، این بهبود با تجمع بیشتر سنگدانه ها برای تشکیل سنگدانه های بزرگتر کاهش خواهد یافت. با ، تمام نانوذرات برای تشکیل یک سنگدانه بزرگ جمع خواهند شد، در همین اثنا نانوذرات دیگر k را بهبود نخواهند داد. بنابراین، بهبود در k ناشی از انباشتگی برای سنگدانه های خوب پراکنده شده در جایی بین دو اکستریم در (بدون انباشتگی) و (انباشتگی کامل) ماکزیمم خواهد بود. مدل های انباشتگی NF در مقالات تاکنون این جنبه را نادیده گرفته اند. اگر کسر حجمی ذرات اولیه، کسر حجمی ذرات در سنگدانه ها و کسر حجمی ذرات در سنگدانه ها باشد، آنگاه . توجه کنید که سنگدانه توسط یک کره به اندازه -بزرگتر از شعاع یک نانوذره تک-بصورت نشان داده شده در شکل 1 توصیف می شود. رابطه نشان می دهد که، برای یک سیستم خوب پراکنده شده است، چونکه تنها یک ذره در هر سنگدانه وجود دارد و ، درحالیکه برای یک سیستم کاملا انباشته شده و می باشد. k ماکزیمم ناشی از رسانش بین این دو حد رخ خواهد داد.