Estimation de la stabilité, de l'ultrasonication optimale et de la conductivité thermique et électrique dans de faibles concentrations de nanofluide Al12Mg17 par diffusion dynamique de la lumière et méthode de déplacement de faisceau

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 13659 (2023) Citer cet article

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La conductivité thermique et la stabilité des nanofluides posent des défis pour leur utilisation comme réfrigérants dans les applications thermiques. La présente étude examine le coefficient de transfert thermique (HTC) d'un nanofluide Al12Mg17 grâce à l'utilisation d'une nouvelle méthode de déplacement de faisceau. L'étude examine également la stabilité du nanofluide, la distribution granulométrique (PSD), la micrographie TEM et la conductivité électrique. Parmi trois catégories distinctes de tensioactifs, un tensioactif particulier (CTAB) a été choisi pour disperser les nanoparticules d'Al12Mg17 dans de l'eau DI, puis une méthode en deux étapes a été utilisée pour générer le nanofluide. La stabilité de la dispersion est surveillée visuellement et quantifiée avec un test de potentiel zêta. HTC et PSD sont mesurés à l'aide de configurations optiques. Pour évaluer les résultats, le HTC obtenu à partir de la méthode de déplacement du faisceau est comparé à celui de l'appareil KD2 Pro, et les résultats PSD sont analysés au moyen de micrographies TEM. Les résultats montrent qu’un CTAB à 0,16 % en volume constitue la stabilité maximale pour un nanofluide Al12Mg17 à 0,025 % en volume correctement. La période optimale de sonication est de 2 h, ce qui donne un pic PSD de 154 nm. L'augmentation de la concentration de nanoparticules améliore le HTC jusqu'à 40 % par rapport au fluide de base à 0,05 % en volume. La conductivité électrique augmente linéairement de 155 à 188 μ\({\rm S}/\mathrm{cm}\) avec la concentration en nanoparticules. Les méthodes optiques de mesure du HTC dans les nanofluides offrent l’avantage d’obtenir des résultats précoces, avant le mouvement global. Ainsi, l’application de nanofluides dans les systèmes thermiques nécessite le développement de techniques optiques pour améliorer la précision.

Un nanofluide est un mélange hétérogène d'un fluide de base et de nanoparticules qui peut être utilisé dans une large gamme d'applications thermiques dans l'industrie1 et la médecine2, y compris, mais sans s'y limiter, les capteurs solaires3, les radiateurs de véhicules4 et le refroidissement électronique5. En raison de leur rôle important dans le transfert de chaleur, les nanofluides peuvent améliorer l’efficacité des performances du système, ce qui en fait un domaine d’étude fascinant pour les ingénieurs. Les différences Les différences de conductivité thermique entre les nanofluides ont déjà été étudiées6. Cependant, il est impératif de caractériser les propriétés thermiques et électriques des nanofluides ainsi que leur stabilité et leur PSD afin de les appliquer dans l'industrie.

Concernant la caractérisation thermique des nanofluides, les scientifiques utilisent différentes méthodes pour déterminer le HTC, telles que les méthodes transitoires, les trois oméga7, l'oscillation de température8, la plaque parallèle en régime permanent9, le comparateur thermique10 et les méthodes optiques, chacune ayant un critère de détermination différent. Par exemple, le fil chaud transitoire (THW)11 et la source plane transitoire (TPS)12 sont deux exemples de méthodes transitoires basées sur la surveillance de la température de la source de chaleur et du temps de réponse après son exposition à une impulsion électrique13. De plus, les méthodes en régime permanent tirent parti des thermocouples et il est important de maintenir les écarts de lecture de température au minimum lorsque les thermocouples sont à la même température10. De plus, dans un comparateur thermique, l'évaluation de la conductivité de l'échantillon ne nécessite qu'un seul point de contact10. Cependant, les méthodes optiques, également utilisées pour déterminer le HTC, sont basées sur l'interaction entre la lumière et le fluide.

Généralement, un certain nombre de méthodes optiques, telles que la technique d’analyse par flash laser (LFA)14, sont utilisées pour mesurer le HTC des nanofluides. De plus, il existe d’autres méthodes optiques, notamment les méthodes de déviation du faisceau15 et les techniques de déplacement du faisceau laser à fil chaud qui reposent sur l’angle de déviation dépendant de la température dans les nanofluides16. La méthode de déplacement du faisceau laser à fil chaud permet d’évaluer le HTC et la diffusivité thermique des nanofluides16. Généralement, la méthode de déplacement du faisceau est basée sur la modification de l'indice de réflexion en fonction des variations de température, de sorte que le HTC et la diffusivité thermique des nanofluides augmentent avec l'augmentation de la fraction volumique .