تعیین ویژگی ها و انتقال گرما در مواد تغییر فاز دهنده حاوی مواد نانوساختار به روش تجربی

مواد تغییر فاز دهنده به عنوان محیطهای ذخیره انرژی گرمایی دارای کاربردهای گسترده ای در ذخیره انرژی خورشیدی، مدیریت انرژی ساختمان و دفع شوکهای گرمایی قطعات الکترونیکی هستند. به دلیل پایین بودن ضریب هدایت گرمایی این مواد تلاشهای زیادی برای افزایش ضریب هدایت گرمایی و کارآیی سیستمهای ذخیره انرژی گرمایی شده است. از طرفی، با توسعه فناوری نانو، تولید مواد نانوساختاری که دارای ضریب هدایت گرمایی بالایی هستند میسر شده است. در این پژوهش تأثیر پراکنش مواد نانوساختار روی ویژگیهای گرمایی و انتقال گرما در مواد تغییر فاز دهنده حاوی مواد نانوساختار به صورت تجربی بررسی شده است. مواد نانوساختار مزو پروس سیلیکا، تایتانیا، نانولوله های کربنی و نانوفیبرهای کربنی در کسر جرمیهای مختلف در ان-اکتادکان به عنوان ماده تغییر فاز دهنده پراکنده شده و ضریب هدایت گرمایی و ویژگیهای رئولوژیکی مواد حاصل در یک گستره دمایی اندازه گیری شده اند. نتایج نشان می دهد که افزودن مزو پروس سیلیکا و تایتانیا ضریب هدایت گرمایی را در فاز جامد و مایع حدود 5% افزایش می دهد. مضاف بر اینکه ضریب هدایت در فاز جامد به صورت غیریکنواخت با کسر جرمی تغییر می کند. بیشترین افزایش ضریب هدایت برای مواد نانوساختار پایه کربن به دست آمد که بین 20% تا 40% است. بررسی رفتار رئولوژیکی ان-اکتادکان حاوی مزوپروس سیلیکا و تایتانیا نشان می دهد که در کسر جرمی بزرگتر از 1% رفتار ماده تغییر فاز دهنده غیرنیوتنی شده است به طوریکه برای ان-اکتادکان حاوی مزوپروس سیلیکا و تایتانیا به ترتیب رفتار قانون توان و سیال بینگهام برای کسر جرمی بزرگتر از 1% به دست آمد. همچنین افزودن مواد نانوساختار باعث افزایش لزجت ماده تغییر فاز دهنده در فاز مایع می شود. برای بررسی اثر افزودن نانوذرات روی انتقال گرما حین فرایند ذوب آزمایشی ترتیب داده شد که در آن از ان-اکتادکان حاوی نانوذرات تایتانیا در کسر جرمیهای مختلف استفاده شد. تغییرات ضریب انتقال گرما وکسر حجمی ماده تغییر فاز دهنده مذاب با زمان نشان داد که افزودن نانوذرات با کاهش جابجایی طبیعی انتقال گرما حین ذوب را کاهش می دهد و بنابراین کسر حجمی ماده تغییر فاز دهنده با افزودن نانوذرات کاهش می یابد. بررسی تحربی فرایند انجماد ان-اکتادکان حاوی نانوذرات تایتانیا نشان داد که کاهش جابجایی طبیعی و افزایش هدایت گرمایی که با افزودن نانوذرات حاصل می شود منجر به بهبود نرخ انجماد خواهد شد.