مهندسي مكانيك / شمارة / 101 سال بيست و چهارم / 1131 اثر استفاده از نانوذرات بر مواد تغييرفازدهنده * غ ثب الس ي ضح و زا كز کبضق بؾ اضقس ه سؾ هکب ک زا ك

النسخ

1 اثر استفاده از نانوذرات بر مواد تغييرفازدهنده * غ ثب الس ي ضح و زا كز کبضق بؾ اضقس ه سؾ هکب ک زا كگب هحمك اضزث ل نبزق احوس زا كز زکتط ه سؾ هکب ک زا كگب ت طاى تبض د زض بفت: 1394/02/15 تبض د پص ط: 1394/03/ مقدمه بظ ث ا طغ ثطا گؿتط ؾ ؼ اظ کبضثطز ب زض قکل ب هرتلف آى زاضا هحس ز ت اثؿتگ ث ظهبى ه جغ تأه ي ا طغ اؾت ث ا ي قکل ک ا طغ ب اظ عط ك ذغ ط ثطق تأه ي ق ز ب اگط اظ ه بثغ تزس سپص ط ک ث ع ض هت ب ة ه ت ا س ث تأه ي ا طغ ثپطزاظ س اؾتفبز ق ز هوکي اؾت هكکالت ثطا تأه ي آى ضخ ز س. و ي هؿئل كبى ه ز س ک ههطفک سگبى ا طغ ثب س ه بثغ ه ر ز ضا ث قکل ث اؾتفبز ک س. زض ثحج ا طغ ب تزس سپص ط اؾتفبز اظ ؾ ؿتن ب شذ ط ا طغ هجتکطا ثطا ض ق 1 شذ ط ا طغ ث ػ اى هغطح ث ه ض ع ه و هجسل قس اؾت ث ػ ک ا ي ؾ ؿتن ب ه ت ا س اهکبى شذ ط ا طغ ضا زض ؾبػبت کنثبض فطا ن آ ضز س

2 ع آى ضا زض ؾبػت پطثبض ث ههطفک س تح ل ز س ث ا ي قکل ه عاى تمبضب ض ب گطهب شذ ط ا طغ 2 بى بثس. کب ف ا طغ اؾتفبز اظ ؾ ؿتن ب اظ ک شذ ط اؾت. ا ي زؾت اظ ؾ ؿتن ب اظ ه از 3 تغ طفبظز س ث زل ل زاقتي گطهب بى ثبال زض ت ز چگبل ا طغ ثبال اؾتفبز ه ک س ]1[. اهب ث كتط ا ي ه از مبط ضؼف ضط ت سا ت ا طغ زاض س ک کبضثطز آ ب ضا هحس ز ه ک س هخال پب ضا افعا ف ه ز س. ض ب زاض س ک ظهبى رصة آظازؾبظ افعا ف ثطا ظ بز ا ي سا ت حطاضت هخل اؾتفبز اظ پط ب ف جط ب فلع پ ك بز قس اؾت اهب ذ ز آ ب ظى ل وت زاقت س. ثب پ كطفت ب ف ب ض هكکالت چ ى افعا ف ا ي فطنت پ ف آهس تب اظ شضات فلع ب اکؿ س آ ب زض اثؼبز ب ک ب هتط ث ز س ثطا 15 تب 10 لغط ث ي زاضا ث ج ز قطا ظ ه از تغ طفبظز س اؾتفبز ق ز. اظ ا ي ب شضات ثطا افعا ف ا تمبل حطاضت زض ؾ ؿتن ب به س ه قس س اؾتفبز قس ک ب ؾ لب همساض ا تمبل حطاضت زض ا ي حبلت ؿجت ث اؾتفبز ت ب اظ ؾ بل پب افعا ف بفت ]2[. هؼطف ب شضات ؾجت ا زبز تح ل زض ؾبذت ه از تطک ج قس ک زض ه ضز ه از تغ طفبظز س ا ي شضات اظ اؾتفبز ؾجت تغ طات هحؿ ؾ زض ذ ال تطه ف ع ک هبز هب س سا ت حطاضت همساض گطهب بى لعرت هبف ق ؾطز قسى ؾب ط ػگ ب ه ق ز. زض ا ي همبل مف حض ض ب شضات زض تغ ط ذ ال تطه ف ع ک گطهب ث كتط کبض ب سا ت حطاضت 4 بى زض ه از تغ طفبظز س ب ثطضؾ ه ق ز. تغ ط ذ ال تطه ف ع ک پبضاف ي ب اؾ س ب ا زبمقس زض ظه اؾتفبز اظ ب شضات زض چطة ک اظ ا زبم قس اؾت. ث ػ اؾ س ب ه از تغ طفبظز س ض ه از اضگب ک ؿت س چطة ث زل ل چگبل ا طغ ثبال لبثل ت ش ة ربهسقسى ثس ى ا ک فط ؾطز ق س اک فپص ط ق و ب پب ي ل وت ه بؾت ت ر ث كتط ضا ث ذ ز رلت کطز ا س ]3[. اهب مغ ضؼف چ ى ضط ت سا ت پب ي ثطا ا ي ه از ر ز زاضز ک ه ت اى ثب افع زى ب شضات ثب ضط ت سا ت حطاضت همساض آى ضا افعا ف زاز. ثبال ث آ ب 2. نانوذزات و هدايت حسازتي مواد تغييسفاشدهنده قست شذ ط آظازؾبظ ا طغ زض ه از تغ طفبظز س کبهال ث ضط ت سا ت حطاضت ا ي ه از چ زض فبظ ربهس چ هب غ ثؿتگ زاضز. ا ي ه از زض کبضثطز ب هت ع شذ ط ا طغ زض زهب ب هتفب ت ث کبض ه ض س زض ثحج سا ت حطاضت ب شض ا ک ثطا افعا ف کبضا تغ طفبظز س ث کبض ه ض ز ا و ت ظ بز ه از زاض س. احط ب شضات ثط ه از تغ طفبظز س ث ت ظ غ رطم ؾغح ذ ال ف ع ک آ ب ثؿتگ زاضز توشيع ب شضات فلع نانولولهها و نانواليافه يا اظ ظط سا ت حطاضت کسبني آحبض ذ ث كبى ه ز س. طچ ا ساظ ب شض ک چکتط ه ق ز احط ؿجت ؾغح ث حزن افعا ف ه بثس. افعا ف ا ي ؿجت ت ا ب ا تمبل حطاضت ضا ع افعا ف ه ز س ]4[. افع زى ب شضات ه ت ا س ثط سا ت حطاضت ب شض احطگصاض ثبقس وبىع ض ک ثط ذ ال تغ ط فبظ هبز تأح ط زاضز. زض ث ي ب شضات هرتلف ب ل ل ب 5 کطث ب ب ال فب ؿجت ؾب ط ي زض ه از تغ طفبظز س ػگ ب 6 ث کطث ه حهط ث فطز زاض س ک آ ب ضا ثطا اؾتفبز زض ؾ ؿتن ب شذ ط ثط اؾبؼ گطهب ا طغ بى ه بؾت ه ؾبظز. زض قکل ب 1 تب 3 ؾبذتبض ا ي ب شضات وب ف زاز قس اؾت. ب ال فب ب کطث ث زل ل همب هت ثبال زض ثطاثط ذ ضزگ وچ ي سا ت گطهب ثبال زض حس ز 4000 ات ثط هتط کل ي چگبل کوتط اظ 2260 ک ل گطم ثط هتط هکؼت ثطا اؾتفبز زض ه از تغ طفبظز س ه بؾت اؾت. ب شض ز گط ک پتب ؿ ل اؾتفبز زض ه از تغ طفبظز س ضا اظ ذ ز كبى ه ز س ب ل ل ب کطث اؾت ک چگبل پب ي سا ت ثبال حطاضت زضنس حض ض 1950 زض حس ز ب ل ل ب ب ال فب ات ثط هتط کل ي زاضز. ب کطث ا ساظ 77

3 77 ؾغح ط ػگ ب ربشث ث ي ه لک ل همب هت حطاضت زض اؾتفبز اظ ب شضات ثؿ بض ه ن ؿت س. زض ازاه ث شکط تب ذ ث زؾت آهس زض پػ ف ب ن ضتگطفت تبک ى ثطا ػ اهل هؤحط ثط سا ت حطاضت پطزاذت قس اؾت. شکل 1. نانولولة کربني تکاليه شکل 2. نانولولة کربني چنداليه شکل 3. نانوالیاف کربني زض ک اظ آظهب كبت ک ث ن ضت تزطث ثط احط اؾتفبز اظ ب ل ل ب کطث ثط ه م پبضاف ي زض زهب اتبق ا زبم قس ]5[ احط غلظت ب هرتلف ب شض ثط سا ت حطاضت ه از تغ طفبظز س ثطضؾ قس. تب ذ حبنل كبىز س کب ف گطهب ػ افعا ف همساض سا ت حطاضت هبز پب ثب فعا ف غلظت ب ال فب ب کطث ث ز. زض حم تم ب کبهپ ظ ت حبنل ت ا ب کوتط زض شذ ط ا طغ ت ا ب ث كتط زض سا ت حطاضت زاقت. زض پػ ك ز گط ع ]6[ ک ث همب ؿ احط ب ل ل ب کطث ب ال فب ب کطث زض ه از تغ طفبظز س پطزاذت قس تب ذ حبل كبى ه زاز ک ب ال فب ب کطث احط ث تط ثط افعا ف همساض سا ت حطاضت زاضز. زض انل لغط ک ب ل ل ب کطث ثطاثط ثب 30 ب هتط ب ال فب کطث ثطاثط ثب 200 ب هتط اؾت. زض همب ؿ ث ي ا ي ز ه ت اى گفت ک ب ال فب کطث ث ن ضت ک اذتتط زض هبز پب ت ظ غ ه ق ز ثب ت ر ث ضؼ فتط ث زى ط ا سض الؽ ث ي ارعا آى ضط ت سا ت حطاضت ثبالتط ضا اظ ذ ز كبى ه ز س. ت ظ غ ک اذت ب شض زض هبز تأح ط ظ بز ثط افعا ف سا ت حطاضت آى زاضز ک ثب کب ف لغط هؿبحت ؾغح افعا ف پ سا ه ک س ث ا ي تطت ت ت ظ غ غ ط ک اذتتط ه ق ز. زض قکل 4 غلظت ب شض هؿبحت ؾغح آى وب ف زاز قس اؾت. تأح ط ع ل ب ل ل کطث ثط همساض سا ت حطاضت ع زض تحم ك ز گط ه ضز ثطضؾ لطاض گطفت ]6[. تب ذ ا ي تحم ك كبى زاز ک همساض سا ت حطاضت ثب تغ ط ع ل ث قست تغ ط ه ک س زض حبلک تغ ط لغط حت اگط ظ بز ن ثبقس تأح ط ذبن ثط ضط ت سا ت حطاضت ساضز. قکل ب 6 5 تب ذ حبنل ضا كبى ه ز س. ذ ال حطاضت ه از تغ طفبظز س زض عز ک مغ ش ة ث قست تغ ط ه ک س. زض تحم م ک زض ا ي ضاثغ ا زبم قس ک ثبض ه م پبضاف ي ثبض ز گط ثب اؾتفبز اظ ک ب ل ل کطث چ سال ث ثطضؾ تغ طات ذ ال زض حس ز مغ تغ ط فبظ پطزاذت قس ]7[. تب ذ كبى زاز ک سا ت حطاضت زض عز ک مغ ش ة ث ع ض بگ ب کب ف ثب تغ ط فبظ اظ هب غ ث ربهس ث ع ض بگ ب افعا ف زاضز. قکل 7 كبىز س ا ي تغ طات زض ه م پبضاف ي ث ت ب غلظت ب هرتلف اؾتفبز اظ ب ل ل کطث چ سال زض آى اؾت.

4 ک شکل 4. مقدار مساحت سطح برحسب غلظت شکل 5. تأثیر قطر بر هدايت حرارتي نانولولة کربني شکل 6. تأثیر طول بر هدايت حرارتي نانولولة کربني شکل 7. تغییرات هدايت حرارتي در دماهاي و غلظته يا متفاوت زل ل ا ي تفب ت ا ي اؾت ک لت زهب افعا ف ه بثس اضتؼبقبت ه لک ل زض قجک ربهس افعا ف پ سا ه ک س ک ؾجت افعا ف سا ت حطاضت سا ت حطاضت ثؼس اظ هب غقسى ع ربهس زض تجس ل اظ ربهس ث هب غ اؾت. 3. اثس نانوذزات بس گسماي نهان ت ض ح ا ي ه گصاضز پس س ک لسض ه ق ز. زل ل افت بگ ب پب ساضث زى ض عؾبذتبض ب چگ ب شض ثط گطهب بى احط زق اض اؾت. ا ساظ قکل غلظت ط ب ث يه لک ل ث ي شض ه از تغ طفبظز س ط ک ػبهل ؿت س ک ه ت ا س ثط گطهب بى تأح ط ثگصاض س. ط ربشث ث ي ه لک ل ث ز لؿوت تمؿ ن ه ق ز: ط ک زض فبنل زض حس ز 3 آ گؿتط م ب کوتط ػول ه ک س ز گط ط ث يه لک ل ک زض ف انل ث ف اظ آى تأح طگصاض اؾت. اگط هبز اظ ظط ق و ب اک فپص ط جبقس ط ا ل زافؼ ط ز م ث قکل ربشث اؾت. زض قطا غ ک ط ربشث ضؼ ف پ س ب اظ ع ک اال ؿ ثبق س ث ا طغ ه ر ز گطهب بى ه گ س. زض ا ي حبلت ا طغ ا ک ث هبز زض حبل تغ ط فبظ اظ ربهس ث هب غ زاز ه ق ز نطف قکؿتي پ س ب ضؼ ف ک ر ز زاضز قس افعا ف زهب ن ضت و گ طز. ا تظبض آى اؾت ک ا ي ا طغ زض ن ضت ض ز ب شضات زؾتر تغ ط ق ز. اگط ثط نک ف ث ي ه لک ل ب ه م ثب ب ل ل ب کطث ث كتط اظ ثط نک ف ث ي ه لک ل ب ه م ثب کس گط ثبقس ا ي احتوبل ر ز زاضز ک همساض گطهب بى افعا ف بثس. زض پػ ك زض و ي ضاثغ ]8[ هكرم قس زض تطک جبت هرتلف ب شضات ه م پبضاف ي ؾ ؾپب ؿ ى ب ل ل ب کطث تکال 78

5 ع ه م پبضاف ي ت ظ غ ک اذتتط ؿجت ث ؾ ؾپب ؿ ى ب ل ل ب کطث چ سال ب ال فب ب کطث ثب ه م پبضاف ي زاقت. طچ لبثل ت ا تكبض ث كتط هؿبحت ؾغح زض شضات ض عتط ب ل ل ب کطث تکال ث كتط ثبقس همساض گطهب بى ث كتط اؾت. زض قکل 8 تأح ط فبنل اظ ؾغح شضات ثط گطهب بى كبى زاز قس اؾت. زض ک اظ تحم مبت ]9[ ک ث ثطضؾ احط ر ز ب ل ل ب کطث چ سال ثط همساض گطهب بى ن ضت پص طفت اظ ه م پبضاف ي ث ػ اى هبز تغ طفبظز س اؾتفبز قس. تب ذ حبنل كبى زاز ک همساض گطهب بى ثب افعا ف ؿجت رطه ب شضات افعا ف ه بفت. الجت ثب افعا ف ؿجت رطه زهب تغ ط فبظ زچبض کب ف ه قس. زض تحم ك هكبث ]10[ ک ا زبم قس زض آى اظ ا ؾتط ک اؾ س ث ػ اى هبز تغ طفبظز س اؾتفبز قس تغ ط زض همساض گطهب بى چ ساى لبثل هالحظ ج ز. ا ي تب ذ زض همب ؿ ثب تب ذ ]8[ كبى ه زاز ک لغط ب شضات ثط همساض گطهب بى تأح ط ظ بز زاضز. زض تحم ك ز گط ]11[ ک ض پبلو ت ک اؾ س ا زبم قس تب ذ ربلج ث زؾت آهس ک زض و زاض قکل 9 هكرم قس اؾت. وبىع ض ک اظ ض ا ي و زاض هكرم اؾت ثب افعا ف همساض ب ل ل ب کطث تب ک غلظت ذبل همساض گطهب بى افعا ف پ سا کطز ث ک ا د ه ضؾس اهب ثب افعا ف ث كتط ا ي همساض گطهب بى ث ع ض ذغ کب ف ه بثس. ک السام ربلت هبز ز گط ]12[ زض زض پػ ك اؾ س چطة هتفب ت ک 3 هتكکل اظ تغ طفبظز س ا هكرهبت آ ب زض رس ل قکل 10 آهس اؾت تكک ل قس کطث ثط آى هتفب ت ب ل ل ب زضنس غلظت ب ؾ ز س قس. شکل 8. تأثیر فاصله از سطح نانوذره بر گرماي نهان شکل 9. تأثیر غلظت نانولولهه يا کربني بر گرماي نهان در پالمتیک اسید جدول 1. اثر غلظته يا متفاوت نانولولههاي کربني بر مواد تغییرفازدهندة ابداعي 71

6 وبىع ض ک اظ رس ل 1 هكرم ه ق ز ثب افعا ف زضنس شضات ب ل ل ب کطث زهب تغ ط فبظ گطهب بى تغ ط فبظ کب ف ه بث س. 4. نتيجهگيسي ه از تغ طفبظز س اظ ض ب ي ثطا کب ف ههطف ا طغ ؿت س ک ثط پب شذ ط ا طغ ثط اؾبؼ گطهب بى ػول ه ک س. اهب ا ي شذ ط ا طغ تبثغ ذ ال تطه ف ع ک هبز ث ز ک ثطذ اظ آ ب هغل ة و ثبقس ثطا ضفغ ا ي هكکالت اؾتفبز اظ ب شضات ض ق هف س اؾت ک ه ثب ؿت ثطا کبضثط ذبل هس ظط ثط اؾبؼ قطا ظ عطح ث تط ي تطک ت ثطا زؾت بث ث ذ ال هغل ة ا تربة ق ز. گب ا ي تغ طات زض ذ ال ه ت ا س زض ک ه ضز هخجت ضز ه ضز ز گط ه ف ثبقس ک ثب ت ر ث ع ب شض ا ساظ آى ؾب ط ػ اهل تأح طگصاض ثب ث تط ي تطک ت ث ذ ال هغل ةتط عز ک قس. 5. مآخر [1] Mehling, H., Cabeza L. "Phase change materials and their basic properties." In: Paksoy H, editor. Thermal energy storage for sustainable energy consumption, Netherlands, Springer, p [2] Yu, W., D.M. France, J.L. Routbort, S.U.S. Choi. "Review & comparison of nanofluid thermal conductivity and heat transfer enhancements." Heat Transfer Eng 2008, 29, pp [3] Abhat, A. "Low temperature latent heat thermal energy storage: heat storage materials." Sol Energy 1983, 30, pp [4] Halte, V., J.Y. Bigot, B. Palpant, M. Broyer, B. Prevel, A. Perez. "Size dependence of the energy relaxation in silver nanoparticles embedded in dielectric matrices." Appl Phys Lett 1999, 75, pp [5] A. Elgafy, K. Lafdi. "Effect of carbon nanofiber additives on thermal behavior of phase change materials." Carbon 2005, 43, pp [6] Xue, Q. "Model for the effective thermal conductivity of carbon nanotube composites." Nanotechnology 2006, 17:1655. [7] Wang, J., H. Xie, Z. Xin. "Thermal properties of paraffin based composites containing multiwalled carbon nanotubes." Thermochim Acta 2009, 488, pp [8] S. Shaikh, K. Lafdi, K. Hallinan. "Carbon nanoadditives to enhance latent energy storage of phase change materials." J Appl Phys 2008, 103, pp [9] Wang, J., H. Xie, Z. Xin. "Thermal properties of paraffin based composites containing multiwalled carbon nanotubes." Thermochim Acta 2009, 488, pp [10] Li, T., J.H. Lee, R. Wang, Y. T. Kang. "Heat transfer characteristics of phase change nanocomposite materials for thermal energy storage application." Int J Heat Mass Transf 2014, 75, pp [11] Zeng, J., Z. Cao, D. Yang, F. Xu, L. Sun, X. Zhang, et al. "Effects of MWNTs on phase change enthalpy and thermal conductivity of a solid-liquid organic PCM." J Therm Anal Calorim 2009, 95, pp

7 [12] Meng, X., H. Zhang, L. Sun, F. Xu, Q. Jiao, Z. Zhao, et al. "Preparation and thermal properties of fatty acids/cnts composite as shape-stabilized phase change materials." J Therm Anal Calorim 2012, pp پينوشت 1. Thermal energy storage 2. Latent heat thermal energy storage systems 3. Phase change materials 4. Nanoparticle enhanced phase change material 5. CNT 6. CNF 73