No title

 

Лаборатория Гигротермических Процессов

ИТТФ НАН Украины

 

+(38044) 424-13-96

+(38044) 424-98-86

 

НА ГЛАВНУЮ    О ЛАБОРАТОРИИ    ТЕХНОЛОГИИ   ПРОЕКТЫ    СТАТЬИ    ВНЕДРЕНИЯ    КОНТАКТЫ

 

 

 

Оборудование для косметической отрасли и фармацииОборудование для ветеринарииОборудование для пищевой промышленностиоборудование для производства топлив, масел, ГСМ 

 

 

Статьи:

 English

Оборудование для:

 

Оборудование для:

 • Фармации и косметической отрасли

 • Пищевой промышленности

 • Ветеринарии

 • Производства топлив, масел, ГСМ

 

Рекламные проспекты:

reclama-01.JPG

reclama-02.JPG

 

 

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ДИВЭ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ НОВЫХ МЕЗО- И НАНОЖИДКОСТЕЙ

Долинский А.А., академик НАН Украины, Л.Н. Грабов, канд. техн. наук, А.А. Москаленко, канд. техн. наук, Т.Л. Грабова, канд. техн. наук

_____________________________________________

 Институт технической теплофизики НАН Украины, ул. Желябова, 2а, Киев-57, 03057, Украина

 

Експериментальні дослідження, які було проведено, показали, що метод ДІВЕ, реалізований в апаратах, розроблених в ІТТФ НАНУ, є перспективним для одержання нових мезо- та нанорідин на основі рослинних олій та природних розсолів.

Проведенные исследования пока-зали, что метод ДИВЭ, реализован-ный в аппаратах, разработанных в ИТТФ НАНУ, является перспективным для получения новых мезо- и наножидкостей на основе растительных масел и природных рассолов.

Experimental investigations have shown the possibility of regulating the cooling capacity of quenching fluids and developing new mezo- and nanofluids based on vegetable oils and nature mineral waters

Ключевые слова: наножидкости, ДИВЭ, растительные масла, минеральные воды, скорость охлаждения.

Сложно найти отрасль промышленности, технологические процессы и сферы жизнедеятельности человека где бы не стояла проблема интенсификации теплообменных процессов. Эта проблема, так или иначе, связана с решением задач энергосбережения, качеством функциональных продуктов, надежностью теплонапряженного оборудования и т.п. Одним из методов интенсификации теплообменных процессов является применение эффективных теплоносителей и охлаждающих сред. Для применения в тепловых и других практических приложениях перспективными могут быть среды с мезо-(100 нм…100 мкм) и наноразмерными (1…100 нм) частицами, так называемые мезо- и наножидкости. Такие среды привлекают внимание за счет проявления специфических свойств: высокая седиментационная устойчивость, уменьшение коррозионно-эрозивного воздействия на поверхности, «аномального» увеличения теплопроводности, увеличения значений критических тепловых потоков. Нужно отметить, что темпы успешного использования мезо- и наножидкостей в практике опережают темпы развития теории и физического понимания механизмов проявления специфических свойств таких жидкостей. Существует, по крайней мере, четыре механизма, объясняющих «аномальное» поведение мезо- и наножидкостей: за счет броуновского движения и микроконвекции вокруг частиц; за счет упорядоченных слоев жидкости вокруг частиц, действующего как тепловой мост; баллистического переноса тепла в частицах; кластеризации частиц и перколяционных цепочек с более низким термическим сопротивлением [1-3].

Целью, проводимых в ИТТФ НАНУ работ, является разработка новых теплоносителей и охлаждающих сред, разработка технологий получения мезо- и наножидкостей методом ДИВЭ с возможностью управления их теплофизическими и функциональными свойствами.

Мониторинг существующих методов получения мезо- и наножидкостей [2,3,5,6] показал, что их можно разделить на две группы (рис. 1), каждая из которых имеет ряд преимуществ и недостатков (табл. 1).

Рис. 1. Методы получения мезо- и наножидкостей.

Табл. 1. Сравнение двух групп методов получения мезо- и наножидкостей

Метод

Одностадийный

Двухстадийный

Недостатки

метод возможет для получения жидкостей с металлическими частицами и частицами оксидов металлов

в получаемых жидкостях частицы подвержены агломерации

(решают проблему за счет введения ПАВ, диспергентов, стабилизаторов)

для реализации метода предъявляются высокие требования к базовой жидкости (должна быть диэлектриком, очищенной)

нерегулируемая концентрация дисперсных частиц в базовой жидкости и чистота получаемых наножидкостей (наблюдается наличие побочных продуктов)

реализован метод в лабораторных усло-виях и на экспериментальных установках

Преимущества

позволяет достичь высокую дисперсность наносуспензий

позволяет получать широкий спектр  мезо- и наножидкостей

экономичный метод для получения в промышленных масштабах

 В ИТТФ НАНУ на базе многолетнего опыта практической реализации медов дискретно-импульсного ввода энергии в гетерогенные среды в ряде технологий (эмульгирования, диспергирования, гомогенизации, структурирования и т.п.) предложено для проведения жидкофазного диспергирования в процессах получения мезо- и наножидкостей использовать подход, базирующийся на целенаправленном использовании динамических и энергетических эффектов ДИВЭ [7,8].

Для получения новых охлаждающих сред и теплоносителей использовали два роторно-пульсационных аппарата, разработанных в институте: дисково-цилиндрический (АДЦ) и цилиндрический (АЦ), в которых реализуется метод ДИВЭ.

В качестве базовых жидкостей взяты растительные масла (рапсовое масло, соевое масло) и природные рассолы, в которые вводятся дисперсные частицы: мезочастицы (FeO, TiO2, Al2О3), наночастицы (SiO2, Cu) и наноструктурированные частицы (ГГМКК с порами, заполненными водой; КГМКК с порами, заполненными воздухом).

Исследование охлаждающей способности мезо- и наножидкостей проводили с помощью программно-аппаратного комплекса на стенде, разработанном и созданном в ИТТФ НАНУ [9]. По полученным на стенде температурно-временным зависимостям охлаждения стандартного цилиндрического зонда построены дифференциальные зависимости V(τ,Т), которые обработаны статистическими методами.

Для оценки влияния гидродинамической обработки на охлаждающую способность, полученных сред в роторно-пульсационных аппаратах и для оценки эффекта за счет добавления в базовую жидкость мезо- и наноразмерных частиц введен показатель =f(T), характеризующий изменение интенсивности охлаждения в двух сравниваемых средах (рис. 2 и табл. 2-5).

Анализ результатов экспериментальных данных (табл. 2) показывает, что интенсивность охлаждения в растительных маслах выше в 1,5…4,6 во всем интервале температур (850-200 оС) по сравнению с традиционными охлаждающими средами, применяемыми при закалке изделий из легированных сталей [10]. Незначительное преимущество по скорости охлаждения имеет соевое масло по сравнению с рапсовым.

Табл. 2. Сравнение интенсивности охлаждения () в исходных растительных маслах и индустриальном масле И-20

Гидродинамическая обработка исходных масел приводит к небольшим изменениям вязкости и поверхностного натяжения [8], что влияет на охлаждающую способность полученных сред. Так, скорость охлаждения в обработанных растительных маслах  в области высоких температур возрастает в 1,5…2,5 по сравнению с исходными маслами (рис. 2).

Полученные в цилиндрическом аппарате среды на основе рапсового масла с добавлением 0,5 массовых % мезочастиц оксидов металлов показывают увеличение скорости охлаждения в области низких температур в 1,3…1,6 раза (табл. 3).

Добавление 1 % наноразмерного диоксида кремния  привело к существенному снижению скорости охлаждения более чем в 2 раза. Такой эффект связан с резким возрастанием в 1,8 раза вязкости такой наножидкости.

Добавление в соевое масло наночастиц меди (0,1%) привело к интенсификации процесса охлаждения преимущественно в области низких температур, а увеличение концентации частиц на 0,2% позволило увеличить скорость охлаждения в области средних и низких температур (табл. 4).

Табл. 3. Сравнение интенсивности охлаждения () в мезо- и наножидкостях на основе РМ, полученных в АЦ

а)                                                      б)

Рис. 2. Интенсивность охлаждения зонда в растительных маслах:

(а) в рапсовом масле РМ: 1- изменение скорости охлаждения в РМ, обработанном в аппарате дисково-цилиндрическом (АДЦ), по сравнению с исходным РМ; 2- изменение скорости охлаждения в РМ, обработанном в аппарате цилиндрическом (АЦ), по сравнению с исходным РМ; 3 - изменение скорости охлаждения в РМ, обработанном в АДЦ, по сравнению с РМ, обработанном в АЦ.

(б) в соевом масле СМ: 4- изменение скорости охлаждения в СМ, обработанном в АДЦ, по сравнению с исходным СМ; 5- изменение скорости охлаждения в СМ, обработанном в АЦ, по сравнению с исходным СМ; 6 - изменение скорости охлаждения в СМ, обработанном в АДЦ, по сравнению с СМ, обработанном в АЦ.

Табл. 4. Сравнение интенсивности охлаждения () наножидкостях на основе CМ, полученных методом электрического взрыва проводников [6]

Особый интерес в качестве охлаждающих сред и теплоносителей представляют природные рассолы (скважины 2300 м) со сложным минеральным и элементным составом (Mg, I, K, Cl, Br, Cu, Fe, Mb, Se, Si, Ag). Охлаждающая способность таких сред по сравнению с традиционными средами для закалки изделий из углеродистых сталей [10] возрастает в 1,2…3,4 раза (табл. 5).

Табл. 5. Сравнение интенсивности охлаждения () в жидкостях на основе природных рассолов и традиционных средах для охлаждения

Выводы

1.      В представленной работе впервые получены и исследованы мезо- и наножидкости на основе растительных масел и природных рассолов, полученные методом ДИВЭ.

2.      Проявление различных теплофизических свойств и охлаждающей способности полученных сред зависит не только от состава растительных масел и элементного состава рассолов, природы, размера и концентрации дисперсных включений, но и от методов воздействия при получении охлаждающих сред.

3.      Полученные  данные позволит разработать методы и технологии получения охлаждающих сред и теплоносителей с заданными свойствами.

ЛИТЕРАТУРА

1.      Бардаханов С. П. Исследование теплопроводности наножидкостей на основе наночастиц оксида алюмиия/ С. П. Бардаханов, С.А. Новопашин, М.А. Серебрякова // Наносистемы: физика, химия, математика. – 2012. – Т. 3, № 1 – С. 27–33.

2.      Ramest G. Review of thermo-physical properties, wetting and heat transfer characteristics of nanofluids and their applicability in industrial quench heat treatment / Ramest G., Prabhu N.K. // Nanoscale Review Letters. – 2011. – Apr 14;V.6, #1. – P. 334-349.

3.      Бондаренко Б.И. Наножидкости для энергетики: влияние стабилизации на критический тепловой поток при кипении / Б.И. Бондаренко, В.Н. Морару, С.В. Сидоренко и др. // Письма в ЖТФ. – 2012. – т. 38, № 18. – С. 68–78.

4.      Фокин Б.С. Критический тепловой поток при кипении водной дисперсии наночастиц / Б.С. Фокин, М.Я. Беленький, В.И. Альмяшев и др. // Письма в ЖТФ. – 2009. – Т. 35, № 10. – С. 1–5.

5.      Wei Yu A Review on Nanofluids: Preparation, StabilityMechanisms and Applications / Wei Yu, Huaqing Xie // Journal of Nanomaterials – 2012. – v. 2012, Article ID 435873. – 17 p.

6.      Чуистов К.В. Малые металлические частицы: способы получения, атомная и электронная структура, магнитные свойства и применения/ К. В. Чуистов, А. Е. Перекос, А. П. Шпак и др. // Успехи физики металлов. – 2003. – Т. 4, № 4. – С. 235-270.

7.      Долинский А.А. Метод ДИВЭ в инновационных технологиях и тепломассообменном оборудовании / А.А. Долинский, Л.Н. Грабов, Т.Л. Грабова // Промышленная теплотехника. – 2012. – Т. 34, № 3. – С. 18–30.

8.      Grabov L.N. The DPIE System Improves Cooling Capasity of a Canola Oil to be Used as a Quencheng/ L.N. Grabov, A.A. Moskalenko, P.N. Logvinenco, N.I. Kobasko // Proceedings of the 16 th WSEAS International Conference on Communications. Kos Island, Greece. – July 14-17, 2012. – Р. 490–494.

9.      Москаленко А.А. Разработка методики и аппаратного обеспечения для определения охлаждающих способностей закалочных гидкостей / Москаленко А.А., Кобаско Н.И., Проценко Л.Н., Логвиненко П.Н. и др.// Материалы Десятой юбилейной международной Промышленной конференции «Эффективность реализации научного, ресурсного и промышленного потенциала в современных условиях»,  Славское, 18-22 февраля. – 2010. – С. 209–212.

10.     Петраш Л.В. Закалочные среды / Л.В. Петраш. – М.-Л.: Государственное научно-техническое издание машиностроительной литературы, 1959. – 113 с.

 

Лаборатория Гигротермических Процессов

Лаборатория Гигротермических Процессов

ИТТФ НАНУ

Все права защищены ® 2009-2015