اندازه گیری خواص حرارتی سوسپانسیون های نانوذرات اکسید آلومینیوم و اکسید مس در روغن موتور (نانوسیال)

نانوسیال یا سوسپانسیون ذرات نانو، نام یک ماده جدید مهندسی است که ادعا می شود هدایت حرارتی بالاتری نسبت به سیال پایه دارد و از معلق سازی ذرات نانو در سیال پایه به دست می آید. سیالات پایه هدایت حرارتی پائینی دارند و همواره محققان به دنبال راهی برای جبران این نقص بوده اند. از جمله سیالات پایه می توان به آب، اتیلن گلیکول یا ضد یخ و انواع روغن ها اشاره کرد که در ادوات صنعتی به وفور از آنها به عنوان حامل های گرمایی استفاده می شود. طیف وسیعی از نانوذرات مانند نانوذرات فلزی، اکسید فلزی و نانوذرات غیرفلزی نظیر نانولوله های کربنی(cnt) برای ساخت نانوسیالات مورد استفاده قرار گرفته اند و در مقالات متعددی هدایت حرارتی نانوسیالات به نسبت سیال اصلی گزارش شده است و همگی بر افزایش هدایت حرارتی درآنها صحه گذارده اند، ولی اعداد ارائه شده با یکدیگر تفاوت دارند. در تحقیق حاضر هدایت حرارتی و ظرفیت حرارتی سوسپانسیون های نانوذرات اکسیدآلومینیوم و اکسید مس در روغن موتور در دماهای مختلف از 20 تا 80 درجه سانتی گراد و غلظتهای گوناگون نانوذرات تا 2 درصد حجمی اندازه گیری و گزارش شده است و اثر دو پارامتر دما و غلظت نانوذره بررسی گردیده است. این کار در قیاس با کارهای متعدد دیگر دارای دو جنبه بدیع است، یکی سیال پایه مورد استفاده که روغن موتور بوده و دیگری اندازه گیری ظرفیت حرارتی نانوسیالات ساخته شده می‍باشد. مقالاتی در ارتباط با اندازه گیری هدایت حرارتی سوسپانسیون ذرات نانولوله کربنی در روغن موتور ارائه شده اما استفاده از نانوذرات اکسید فلزی گزارش نشده است. ظرفیت حرارتی نیز از دیگر خواص حرارتی مهم می باشد که تاکنون اقدامی برای اندازه گیری آن نشده است. برای اندازه گیری هدایت حرارتی از روش سیم داغ گذرا استفاده شد. در این روش بر مبنای توزیع شعاعی حرارت در یک محیط بی نهایت با استفاده از یک سیم بلند و اندازه گیری دما در بازه های مختلف زمانی در سیم یا به عبارتی مرکز، طی یک فرایند گذرا هدایت حرارتی تعیین می شود. دستگاه اندازه گیری مورد استفاده kd2 نام دارد و متعلق به شرکت decagon device می باشد. افزودن 2 درصد حجمی نانوذره اکسید آلومینیوم به روغن موتور هدایت حرارتی آن را حدود 5 در صد افزایش داد. افزودن 2 درصد حجمی نانوذره اکسید مس به روغن موتور موجب بهبود 8 الی 9 درصدی هدایت حرارتی در آن شد. افزایش هدایت حرارتی به نسبت درصد حجمی نانوذرات مورد استفاده یک روند خطی را به نمایش می‍گذارد. هدایت حرارتی نانوسیالات با افزایش دما کاهش پیدا میکند و این رفتار آنها مشابه با خود روغن میباشد. همچنین با افزایش دما ارتقاء کمتری در هدایت حرارتی مشاهده شد. خطای اندازه گیری ها کمتر از 1 درصد است که توسط روش های مختلف تعیین و گزارش شده است. برای اندازه گیری ظرفیت حرارتی از یک کالری متر ادیاباتیک استفاده شد. این کالری متر بر مبنای دقت مورد نیاز طراحی و ساخته شد. اساس اندازه گیری با این روش، حرارت دهی به نمونه و تعیین اختلاف دمای ایجاد شده در آن در یک محیط آدیاباتیک است. افزودن 2 درصد حجمی نانوذره اکسید آلومینیوم و 17/1 درصد حجمی نانوذره اکسید مس ظرفیت حرارتی نانوسیال را به نسبت روغن موتور به ترتیب 2/5 و 4/5 درصد کاهش داد. ظرفیت حرارتی نانوسیالات با افزایش دما بیشتر شد که رفتاری مشابه روغن خالص دارد. نکته ای که در این اندازه گیری ها قابل توجه می باشد، کاهش زیاد ظرفیت حرارتی درصدهای حجمی کم و رسیدن آن به یک روند آرام تر و نسبتا خطی در درصدهای حجمی بالاتر می باشد. یکی از دلایل این روند می تواند تجمع و توده ای شدن نانوذرات در درصدهای حجمی بالا و کمتر شدن اثرات مولکولی آنها باشد. خطای اندازه گیری ها با روش های مختلف تعیین و کمتر از 1 درصد گزارش شد.