استفاده از پلی نانو سیالات در افزایش انتقال حرارت و کاهش اصطکاک سیالات خطوط لوله

مقدمه

گروهي جديد از سيالات که قادر به افزایش انتقال حرارت مي‌باشند، نانوسيال ناميده مي‌شوند. نانوسيالات پلیمری (پلی نانو سیالات) به‌وسيلة پخش و منتشر کردن ذرات در اندازه‌هاي نانومتري پلیمری شکل در سيالات متداول منتقل کنندة گرما، به‌منظور افزايش هدايت گرمايي و بهبود عملکرد انتقال حرارت، ساخته مي‌شوند .

آشنائی با خواص و کاربردهای پلی نانو سیالات در افزایش انتقال حرارت :

مقدمه

گروهي جديد از سيالات که قادر به افزایش انتقال حرارت مي‌باشند، نانوسيال ناميده مي‌شوند. نانوسيالات پلیمری (پلی نانو سیالات) به‌وسيلة پخش و منتشر کردن ذرات در اندازه‌هاي نانومتري در سيالات متداول منتقل کنندة گرما، به‌منظور افزايش هدايت گرمايي و بهبود عملکرد انتقال حرارت، ساخته مي‌شوند .

نتايج آزمايش‌هايي که در رابطه با نحوة انتقال حرارت بر روي چندين نمونة نانوسيال پلیمری انجام شد، نشان مي‌دهد که عملکرد نانوسيالات پلیمری در انتقال حرارت عموماً بيشتر از آن چيزي است که به‌صورت نظري پيش‌بيني شده است. اين واقعيت يک کشف اساسي در مسئلة انتقال حرارت مي‌باشد .

تأثیر فناوری نانو بر ذرات و موادی که با این تکنولوژی تولید میشوند به حدی است که میتوان این گونه مواد را نسبت به مواد مشابه در سایز ماکرو مولکولی را مجزا دانست و خواص جدیدی برای آنها تعریف نمود. از جمله خواص تحت تأثیر از فناوری نانو میتوان به خواص شیمی فیزیکی ذرات نانومتری و سیالت حاوی آنها اشاره نمود که نسبت به مواد ماکرو مولکولی تفاوت‌های فراوانی دارند. مکانیزم هدایت در سیالات در مقیاس ماکرو مولکولی بسیار پایین است چرا که ضریب انتقال حرارت هدایتی سیالات (K) نسبت به جامدات بسیار پایین است. از طرف دیگر ذرات و جامدات ریز کریستالی ضریب هدایتی در حدود 31 برابر هدایت سیالات را دارند به این ترتیب می توان ضریب هدایت سیالات را با استفاده از ذرات سوسپانس شده در آنها تا حدود زیادی افزایش داد. این ذرات اکسیدهای فلزی از جنس (Al2O3,Cu,CuO) میتوانند باشند یا میتوان به جای آنها از نانو لوله‌های کربنی معلق در سیال استفاده نمود. استفاده از نانو ذرات پلیمری در سیالات باعث افزایش ضریب انتقال حرارت شده و به تبع آن افزایش انتقال حرارت و کاهش هزینه‌های تولید و عملیاتی (C.P.C) و (O.P) میشود افزایش انتقال حرارت باعث افزایش بازده میشود. بنابراین توان مورد نیاز پمپ و سطح انتقال حرارت کاهش مییابد که این به نوبه خود باعث کاهش هزینه های ثابت (F.C.I) میشود. همچنین افزایش بازده باعث کنترل هرچه بهتر حرارت انتقال یافته میشود که اثرات سوء انرژی بر محیط را کاهش میدهد.

نمودار 1- درصد افزایش هدایت گرمایی ذرات ایمید در اتیلن گلیکول (EG). همچنین نمایش افزایش هدایت گرمایی نانولوله‌های کربنی چندجداره در روغن و تطبیق آن با نظریه ماکسول

نمودار 2- مقادیر اندازه‌گیری شده(منحنی ‌های پیوسته) و مقادیر پیش‌بینی شده(خطوط ناپیوسته) افزایش هدایت گرمایی برای نانولوله در نانوسیالات روغن. به علت تشابه کلیة مقادیر محاسبه شده در حجم‌های کوچک، بعضی از مقادیر محاسبه شده با مقیاس بزرگ‌تری دوباره بر روی نمودار نمایش داده شده‌اند. خط A: همبستگی کروسر هامیلتون، خطB: همبستگی برادی – بونکاز (Bonnecaze & Brady)، خط C: نظریه ماکسول .

نمودار 1- درصد افزايش هدايت گرمايي ذرات مس، اکسيد مس و آلومينيم در اتيلن گليکول (EG). همچنين نمايش افزايش هدايت گرمايي نانولوله‌هاي کربني چندجداره در روغن و تطبيق آن با نظريه ماکسول را نشان میدهد.

از نانوسيالات پلیمری مي‌توان به‌منظور توسعة سيستم‌هاي کنترل حرارت در بسياري کاربردها از جمله وسايل نقلية سنگين استفاده نمود. کنترل حرارت يکي از عوامل کليدي در فناوري‌‌هاي مربوط به محصولاتي مانند پيل‌ سوختي و وسايل نقلية دوگانه سوز - الکتريکي مي‌باشد که بيشتر آنها تحت دماهاي عمدتاً کمتر از دماي موتورهاي احتراقي داخلي متداول، عمل مي‌کنند .

بنابراين نياز مبرمي به توسعة سيالات انتقال‌دهندة حرارت با هدايت گرمايي خيلي بالا و نيز انتقال اين فناوري به صنايع خودرو وجود دارد .

اخيراً پژوهش‌هايي در مورد نانوسيالات پلیمری حاوي نانوذراتِ نوعی پلیمر به نام ( ایمید ) با قطرِ کمتر از 10 نانومتر که در اتيلن گليکول پخش شده بودند انجام شده است. اين پژوهش‌ها نشان مي‌دهد که در جزء حجمي بسيار اندکي از نانوذرات، رسانايي گرمايي مي‌تواند بيشتر از قابليت رسانايي صرف خود سيال و يا نانوسيالات اکسيدي (مانند اکسيد مس و اکسيد آلومنيوم با قطر متوسط ذرات 35 نانومتر) باشد. همان‌طور که در نمودار 1 نشان داده شده است. به علت اينکه تاکنون هيچکدام از نظريه‌هاي معمول اثرات ناشي از قطر ذرات و يا هدايت آنها بر روي ميزان هدايت نانوسيالات پلیمری را پيش‌بيني نکرده‌اند، اين نتايج غير منتظره است .

اخيراً نانوسيالاتي حاوي نانولوله پلیمری ساخته شده‌اند و نتايج آزمايش‌هاي انجام شده بر روي اين نانوسيالات پلیمری نشان داده است که وجود نانولوله‌ها در يک سيال، هدايت گرمايي آن را به‌طور چشمگيري افزايش مي‌دهد .

جالب‌تر آنکه افزايش هدايت گرمايي مربوط به نانولوله يک گام از پيش‌بيني ‌هاي انجام شده به وسيلة نظريه‌‌هاي موجود فراتر است. از اين گذشته نمودار هدايت گرمايي اندازه‌گيري شده بر حسب حجم‌هاي جزئي، به‌صورت غيرخطي مي‌باشد حال آنکه تئوري‌هاي رايج به وضوح وجود يک نسبت خطي را ميان اين دو پارامتر نشان داده بودند .

از ويژگي‌هاي کليدي نانوسيالات پلیمری که تاکنون کشف شده‌‌اند مي‌توان هدايت‌هاي گرمايي بسيار بالاتر از آنچه که سوسپانسيون‌هاي مرسوم از خود نشان داده بودند، وجود نسبت غير خطي ميان هدايت گرمايي و غلظت نانولوله‌هاي پلیمری در نانوسيالات و نيز وابستگي شديد هدايت گرمايي به دما و افزايش چشمگير در شار حرارتي بحراني را نام برد. هر کدام از اين ويژگي‌ها در جاي خود براي سيستم‌هاي حرارتي بسيار مطلوب مي‌باشند و در کنار هم، پلی نانوسيالات را بهترين کانديدا براي توليد سردکننده‌هاي مبتني بر مايع مي‌نمايند. اين يافته‌ها همچنين وجود محدوديت‌هاي اساسي در مدل‌هاي انتقال گرمايي متداول براي سوسپانسيون‌هاي جامد/ مايع را به وضوح نشان مي‌دهد .

از جمله عوامل انتقال حرارت در پلی نانوسيالات ها ، عبارتند از: حرکت نانوذرات پلیمری ، سطح مولکولي لايه‌اي مايع در سطح مشترک مايع با ذرات، انتقال حرارت پرتابه‌اي در نانوذرات پلیمری و تأثير خوشه‌اي شدن نانوذرات از جمله عوامل انتقال حرارت در پلی نانوسيالات ها مي‌باشند .

يک پروژة جديد با هدف کشف پارامترهاي کليدي، که در تئوري‌هاي موجود و مفاهيم بنيادي مکانيزم‌هاي افزايش انتقال حرارت نانوسيالات پلیمری از قلم افتاده‌اند، و نيز کشف مبناي تئوري براي افزايش غير عادي هدايت گرمايي نانوسيالات در جولاي سال 2008 با حمايت وزارت انرژي آمريكا و مرکز انرژي علوم پايه به تصويب رسيد .

ساختار نانوذرات پلیمری در نانوسيالات در حال بررسي و آزمايش بوسيلة منبع فوتوني پيشرفتة آزمايشگاه ملي آرگون مي‌باشد . بر طبق نتايج گزارش شده از دانشگاه A&M تگزاس، اين دانشگاه در حال مطالعه بر روي ارتباط بين جنبش نانوذرات پلیمری و افزايش انتقال حرارت در آنها مي‌باشد. با استفاده از نتايج جمع‌آوري شده، توسعة يک مدل جديد انتقال انرژي در پلی نانوسيالات که وابسته به اندازة نانوذره، ساختار و تأثير پويايي بر روي خصوصيات حرارتي نانوسيالات پلیمری مي‌باشد، امکان پذير شده است .

اين نحوة ارتباط رشته‌هاي مختلف علمي و پروژه‌هاي مشترک منجر به کشف مرزهاي جديدي در تحقيقات ترموفيزيک براي طراحي و مهندسي در زمينة توليد خنک‌کننده‌ها خواهد گرديد. تحقيق در مورد پلی نانوسيالات مي‌تواند به يک پيشرفت غير منتظره در زمينة سيستم‌هاي ترکيبي مايع/جامد، براي کاربردهاي بي‌شمار مهندسي از جمله خنک‌کننده‌هاي اتومبيل‌ها و کاميون‌هاي سنگين بيانجامد .

از عمده‌ترين تأثيرات اين تحقيقات مي‌توان به بيشتر شدن کارايي انرژي، کوچک‌تر و سبک‌تر شدن سيستم‌هاي حرارتي، کمتر شدن هزينه‌هاي عملياتي و پاک‌سازي محيط زيست اشاره نمود .

نمودار 2- مقادير اندازه‌گيري شده(منحني ‌هاي پيوسته) و مقادير پيش‌بيني شده(خطوط ناپيوسته) افزايش هدايت گرمايي براي نانولوله های پلیمری در نانوسيالات روغن. به علت تشابه کلية مقادير محاسبه شده در حجم‌هاي کوچک، بعضي از مقادير محاسبه شده با مقياس بزرگ‌تري دوباره بر روي نمودار نمايش داده شده‌اند. خط A: همبستگي کروسر هاميلتون، خط B: همبستگي برادي - بونکاز (Bonnecaze & Brady) ، خط C: نظريه ماکسول .

انتقال حرارت در نانو سیالات پلیمری / بخش اول

استفاده از سیالات به منظور انتقال حرارت از سالها پیش مورد توجه بوده است. همچنین از سالها پیش مشخص شده بود که با اضافه نمودن ذرات جامد به صورت معلق به سیال پایه، انتقال حرارت افزایش خواهد یافت چرا که ضریب هدایت حرارتی این ذرات، صدها مرتبه بیشتر از سیالات پایه می‌باشد. در نتیجه انتظار می‌رود با استفاده از این ذرات در سیال پایه، انتقال حرارت سیال افزایش قابل ملاحظه‌ای داشته باشد. ذرات جامدی که به این منظور مورد استفاده قرار می‌گیرند از انواع مختلفی نظیر ذرات فلزی، غیر فلزی و یا پلیمری می‌باشند. همانطور که عنوان شد این مسأله یعنی افزایش ضریب هدایت حرارتی سیال با افزودن ذرات ریز به سیال موضوع جدیدی نبوده و از حدود صد سال پیش در رابطه با ذرات میلی‌متری و میکرومتری مورد توجه قرار گرفته است.

نانو سیالات پلیمری

با وجود افزایش انتقال حرارت توسط ذرات میکرومتری افزوده شده به سیال پایه،‌ استفاده از ذرات جامدی این ابعاد، مشکلاتی نیز ایجاد می‌نماید که از آن جمله می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

- رسوب یا ته نشینی ذرات (Sedimentation)

- سائیدگی(Erosion)

- مسدود نمودن لوله‌ها (Fouling )

- افزایش افت فشار در مجرای سیال (pressure drop of the flow channel)

پیشرفتهای صورت گرفته در تکنولوژی مواد امکان غلبه بر مشکلات فوق را با استفاده از نانو ذرات جامد فراهم کرده است. در واقع نانو سیالات پلیمری را می‌توان با تعریفی اینچنین معرفی کرد:

سیالات حاوی ذرات معلق جامد پلیمری که سبب ایجاد جهشی در پدیدة انتقال حرارت می‌شوند. این نانو ذرات می‌توانند خواص انتقالی و حرارتی سیال پایه را تغییر دهند.

روش‌های تولید نانو سیالات پلیمری

با توجه به اینکه موضوع مورد بحث، انتقال حرارت در نانو سیالات است، به طور خلاصه به روش تولید نانو سیالات پلیمری پرداخته می‌شود. به طور عمده 2 روش برای تولید پلی نانو سیالات ها متصور است .

1) روش دو مرحله‌ای (Two-step process)

مرحله نخست این روش شامل تولید نانو ذرات پلیمری به صورت یک پودر خشک بوده که اغلب توسط کندانس نمودن با یک گاز بی اثر انجام می‌شود. در مرحلة بعد نانو ذرات تولید شده در سیال پخش می‌گردند.

نکتة اساسی در این روش تجمع نانو ذرات پلیمری بر اثر چسبندگی آنها به همدیگر است که از معایب این روش به شمار می‌آید. شکل (1) این مطلب را به طور واضح نشان می‌دهد.

2) روش تک مرحله‌ای (Single-step process)

در این روش از یک مرحله که تبخیر مستقیم است استفاده می‌گردد. مزیت استفاده از این روش آن است که تجمع ذرات بر اثر چسبندگی آنها به یکدیگر به طور قابل ملاحظه‌ای کاهش یافته و به حداقل می‌رسد. شکل 2 گویای این موضوع می‌باشد.

همچنین یک نکته اساسی در روش‌های تولید نانو سیالات پلیمری ایجاد پایداری برای ذرات معلق جامد، با بهره‌گیری از خواص سطحی ذرات معلق و نیز پیشگیری از ایجاد خوشه‌ای ذرات است. در این راستا سه روش عمده وجود دارد:

1- تغییر میزان pH

2- استفاده از سورفکتانت‌ها (surface activators)

3- استفاده از ارتعاشات مافوق صوت (ultrasonic vibration

نتایج آزمایش‌هایی که در رابطه با نحوة انتقال حرارت بر روی چندین نمونة نانوسیال انجام شد، نشان می‌دهد که عملکرد نانوسیالات پلیمری در انتقال حرارت عموماً بیشتر از آن چیزی است که به‌صورت نظری پیش‌بینی شده است. این واقعیت یک کشف اساسی در مسئلة انتقال حرارت می‌باشد.

از نانوسیالات پلیمری می‌توان به‌منظور توسعة سیستم‌های کنترل حرارت در بسیاری کاربردها از جمله وسایل نقلیة سنگین استفاده نمود. کنترل حرارت یکی از عوامل کلیدی در فناوری‌‌های مربوط به محصولاتی مانند پیل‌ سوختی و وسایل نقلیة دوگانه سوز – الکتریکی می‌باشد که بیشتر آنها تحت دماهای عمدتاً کمتر از دمای موتورهای احتراقی داخلی متداول، عمل می‌کنند.

پلیمرهای مورد استفاده جهت تزریق به سیالات در مقایس نانو پلیمر

پلیمرها، بخش عمده ای از مشتقات نفتی هستند که در انواع مختلف در صنعت پتروشیمی، تولید و در صنایع گوناگون مورد استفاده قرار می گیرند.

امروزه استفاده از پلیمرها به اندازه ای رایج شده که می توان گفت بدونِ استفاده از آنها بسیاری از حوایج روزمره ما مختل خواهد شد. مقاله حاضر، پلیمرهای مقاوم حرارتی را مورد مطالعه قرار می دهد که علاوه بر مصارف متعدد، در صنایع هوا- فضا نیز نقش عمده ای ایفا می کنند.

پلیمرها، بخش عمده ای از مشتقات نفتی هستند که در انواع مختلف در صنعت پتروشیمی، تولید و در صنایع گوناگون مورد استفاده قرار می گیرند. امروزه استفاده از پلیمرها به اندازه ای رایج شده که می توان گفت بدونِ استفاده از آنها بسیاری از حوایج روزمره ما مختل خواهد شد. هنگامی که ترکیبات آلی در دمای بالا حرارت داده می شوند، به تشکیل ترکیبات آروماتیک تمایل پیدا می کنند. بنابراین می توان نتیجه گرفت که پلیمرهای آروماتیک باید در مقابل دماهای بالا مقاوم باشند. انواع وسیعی از پلیمرها که واحد های تکراری آروماتیک دارند، در سالهای اخیر توسعه و تکامل داده شده اند. این پلیمرها در صنایع هوا- فضا مورد استفاده قرار می گیرند، زیرا در برابر دمای زیاد پایداری مطلوبی از خود نشان می دهند. برای این که یک پلیمر در برابر حرارت و در برابر گرما مقاوم تلقی شود، نباید در زیر دمای ۴۰۰ درجه سانتی گراد تجزیه شود. هم چنین باید خواص مورد نیاز و سودمند خود را تا دماهای نزدیک به دمای تجزیه حفظ کند. این گونه پلیمرها دارای Tg بالا و دمای ذوب بالا هستند. پس می توان گفت پلیمرهای مقاوم حرارتی به پلیمرهایی گفته می شود که در دمای بالا بکار برده می شوند، به طوری که خواص مکانیکی، شیمیایی و ساختاری آنها، با خواص سایر پلیمرها در دماهای پایین متفاوت باشد. پلیمرهای مقاوم حرارتی به طور عمده در صنایع اتومبیل سازی، صنایع هوا- فضا، قطعات الکترونیکی، عایق ها، لوله ها، انواع صافی ها، صنایع آشپزی و خانگی، چسب ها و پوشش سیم های مخصوص مورد استفاده قرار می گیرد. پلیمرهای یاد شده هم به روش آلی و هم به روش معدنی تهیه می شوند. ذکر این نکته مهم است که روش آلی متداول تر و اغلب پژوهش ها توسط دانشمندان پلیمر در این زمینه ها به ثمر رسیده است.

پایداری حرارتی پلی نانو سیالات

پایداری حرارتی پلیمرها، تابع فاکتورهای گوناگونی است. از آنجا که مقاومت حرارتی تابعی از انرژی پیوندی است، وقتی دما به حدی برسد که باعث شود پیوندها گسیخته شوند، پلیمر از طریق انرژی ارتعاشی شکسته می شود. پس پلیمرهایی که دارای پیوند ضعیفی هستند در دمای بالا قابل استفاده نیستند و از بکار بردن منومرها و هم چنین گروه های عاملی که باعث می شود این پدیده تشدید شود، باید خودداری کرد.

البته گروه هایی مانند اتر یا سولفون، نسبت به گروه هایی مانند آلکیل و NH و OH پایدارتر هستند، ولی وارد کردن گروه هایی مانند اتروسولفون و یا گروههای پایدار دیگر صرفاً بخاطر بالا بردن مقاومت حرارتی نیست، بلکه باعث بالا رفتن حلالیت نیز می شوند. تاثیرات متقابلی که بین دو گونه پلیمری وجود دارد، ناشی از تاثیرات متقابل قطبی- قطبی، و پیوند هیدروژنی (۶-۱۰ Kcal/mol) است که باعث بالا رفتن مقاومت حرارتی در پلیمرها می شوند. این قبیل پلیمرها باید قطبی و دارای عامل هایی باشند که پیوند هیدروژنی را بوجود آورند، مانند: پلی ایمیدها و پلی یورتانها. انرژی رزونانسی که به وضوح در آروماتیک ها به چشم می خورد، مخصوصاً در حلقه های هتروسیکل و فنیلها و کلاً نانو ذرات پلیمرهای تزریقی به سیالات به که استخوان بندی آروماتیکی دارند باعث افزایش مقاومت حرارتی می شوند.

در مورد واحدهای تکراری حلقوی، شکستگی یک پیوند در یک حلقه باعث پایین آمدن وزن مولکولی نمی شود و احتمال شکستگی دو پیوند در یک حلقه کم است. نانو سیالات پلیمری نردبانی یا نیمه نردبانی پایداری حرارتی بالاتری نسبت به پلیمرهای زنجیره باز دارند. بنابراین اتصالات عرضی موجب صلب پلیمرهای خطی می شوند که شامل حلقه های آروماتیک با چند پیوند یگانه مجزا هستند. با توجه به نکاتی که ذکر شد برای تهیه پلیمرهای مقاوم حرارتی باید نکات زیر رعایت شوند.

- استفاده از ساختارهایی که شامل قوی ترین پیوند های شیمیایی هستند. مانند ترکیبات هتروآروماتیک، آروماتیک اترها و عدم استفاده از ساختارهایی که دارای پیوند ضعیف مثل آلکیلن آلیسیکلیک و هیدروکربن های غیر اشباع می باشند.

- ساختمان ترکیب باید به گونه ای باشد که به سمت پایدار بودن میل کند، پایداری رزونانسی آن زیاد باشد و بالاخره ساختارهای حلقوی باید طول پیوند عادی داشته باشند، به نحوی که اگر یک پیوند شکسته شد، ساختار اصلی، اتم ها را کنار هم نگه دارد.

لباس فضا نوردان

امروزه در زمینه پلیمرهای مقاوم حرارتی پیشرفت های زیادی حاصل شده است. پژوهشگری به نام کارل اسی مارول که یک محقق برجسته در زمینه مقاومت حرارتی پلیمرها است، باعث توسعه تجارتی پلی بنزایمیدازول، با نام تجارتی PBI ، شده است که به شکل الیاف برای تهیه لباس فضانوردان مورد استفاده قرار می گیرد. البته این تنها یکی از موارد کاربردهای متنوع پلیمرهای مقاوم حرارتی در برنامه های فضایی است. بی تردید اگر سالها پژوهش علمی و آزمایش های گوناگون موجب کشف الیاف پلیمری مقاوم برای تهیه لباس فضا نوردان نمی شد، هیچ فضا نوردی نمی توانست به فضا سفر کند.

طی سال های اخیر گونه های وسیعی از پلیمرهای آروماتیک و آلی فلزی مقاوم در برابر گرما، توسعه و تکامل داده شده اند، که تعداد کمی از آنها به علت قیمت بالای آنها در تجارت قابل قبول نبوده اند. پلیمرهای آروماتیک، به خاطر اسکلت ساختاری صلب، دمای گذار شیشه ای Tg و ویسکوزیته بالا، قابلیت حلالیت کم دارند، بنابراین سخت تر از سایر پلیمرها هستند. در حال حاضر بالاترین حد مقاومت گرمایی از پلیمرهای آلی بدست آمده است، بنابراین در سال های اخیر تاکید روی معرفی تفاوت های ساختاری پلیمرها بوده است.

پیوستن گروه های انعطاف پذیر مانند اتر یا سولفون در اسکلت، یک راهکار است. هر چند این اقدامات باعث حلالیت بیشتر، ویسکوزیته کمتر و معمولاً پایداری حرارتی کم می شود. نگرش دیگر برای وارد کردن گروههای آروماتیک حلقه ای این است که به صورت عمودی در اسکلت صفحه ای آروماتیک قرار می گیرد. همان طور که در پلی بنزایمیدازول اشاره شد این ساختارها که »کاردو پلیمر« نامیده می شوند معمولاً پایداری بالایی دارند، بدون این که خواص دمایی آنها از بین برود. وارد کردن اسکلت با گروههای فعال که در اثر گرما موجب افزایش واکنش حلقه ای بین مولکولی می شوند، راهی دیگر برای پیشرفت روندکار است.

مهم ترین و پرمحصول ترین راه از نقطه نظر توسعه تجارتی، سنتز الیگومرهای آروماتیک یا پلیمرهایی است که با گروههای پایانی فعالی، خاتمه داده شده اند. الیگومرهایی که انتهای آنها فعال شده اند، در دمای نسبتاً پایین ذوب می شوند و در انواع حلال ها نیز حل می شوند. هم چنین در موقع حرارت دادن به پلیمرهای شبکه ای پایدار تبدیل می شوند.

مقاومت در برابر حرارت

هنگامی که از پلیمرهای مقاومت حرارتی صحبت می شود باید مقاومت حرارتی آنها را برحسب زمان و دما تعریف کنیم. افزایش هر کدام از فاکتورهای ذکر شده موجب کاهش طول عمر پلیمر می شود و اگر هر دو فاکتور افزایش یابند طول عمر به صورت لگاریتمی کاهش می یابد. به طور کلی اگر یک پلیمر به عنوان پلیمر مقاوم حرارتی در نظر گرفته می شود، باید به مدت طولانی در ۲۵۰ درجه سانتی گراد، در زمان های متوسط در پانصد درجه سانتی گراد و در کوتاه مدت در دمای یکهزار درجه سانتی گراد خواص فیزیکی خود را حفظ کند. به طور دقیق تر یک پلیمر مقاوم حرارتی باید طی سه هزار ساعت و در حرارت ۱۷۷ درجه سانتی گراد، یا طی یکهزار ساعت در ۲۶۰ درجه سانتی گراد، یا طی یک ساعت در ۵۳۸ درجه سانتی گراد و یا طی ۵ دقیقه در ۸۱۶ درجه سانتی گراد، خواص فیزیکی خود را از دست ندهد.

برخی از شرایط ضروری برای پلیمرهای مقاوم حرارتی تزریقی به سیالات ، بالا بودن نقطه ذوب، پایداری در برابر تخریب اکسیداسیونی در دمای بالا، مقاومت در برابر فرآیندهای حرارتی و واکنش گرمای شیمیایی است. سه روش اصلی برای بالا بردن مقاومت حرارتی پلیمرها وجود دارد. افزایش بلورینگی، افزایش اتصال عرضی و حذف اتصال های ضعیفی که در اثر حرارت اکسید می شوند. افزایش بلورینگی، کاربرد پلیمرها را در دمای بالا محدود می کند. زیرا موجب کاهش حلالیت و اختلال در فرآورش می شود. برقرار کردن اتصال های عرضی در الیگومرها روش مناسبی است و خواص پلیمر را به طور واقعی اما غیر قابل برگشت تغییر می دهد.

اتصالاتی که باید حذف شود شامل اتصال های آلکیلی، آلیسیکلی، غیر اشباع و هیدروکربن های غیر آروماتیک و پیوند NH است . اما اتصالاتی که مفید است شامل سیستم های آروماتیکی، اتر، سولفون و ایمید و آمیدها هستند. این عوامل پایدار کننده به صورت پل در ساختار پلیمر واقع و موجب پایداری آنها می شوند. از طرفی ضروری است که پلیمر از قابلیت به کار گیری و امکان فرآورش مناسب برخوردار باشد.

پس باید تغییرات ساختاری طوری باشد که حلالیت و فرآورش مناسب تر داشته باشند. برای این منظور باید از واحد های انعطاف پذیرِ اتر، سولفون، آلکیل و همچنین از کوپلیمره کردن، و تهیه ساختارهایی با زنجیر نامنظم استفاده کرد.به طور کلی پلیمرهای مقاوم حرارتی به چهار دسته تقسیم می شوند. پلیمرهای تراکم ساده، مانند پلیمرهایی که از حلقه آروماتیک تشکیل شده اند و با اتصالات تراکمی به یکدیگر متصل هستند. پلیمرهای هتروسیکل، یعنی پلیمرهایی که از حلقه های آروماتیک تشکیل شده اند اما از طریق حلقه های هتروسیکل به هم وصل شده اند. کوپلیمرهای ترکیبی تراکمی هتروسیکل، یعنی پلیمرهایی که شامل ترکیبی از اتصال های تراکمی ساده و حلقه های هتروسیکل می باشند و پلیمرهای نردبانی که شامل دو رشته زنجیر هستند.

مزیت های استفاده از پلی نانو سیالات

این نانو سیالات پلیمری قادرند بدون افزایش دمای خودشان حرارت را جذب و سپس آن را بسیار آهسته و بدون نیاز به مقدار سیال بیشتر به محیط اطراف منتقل نمایند که این انتقال آهستۀ گرما به محیط، موجب بزرگی اندازۀ رادیاتورهای وسایل نقلیه معمولی می‌شود. اگر سرعت انتقال حرارت توسط سیالات به‌گونه‌ای افزایش یابد، طراحی رادیاتورها آسان و مؤثرتر شده و می‌توان آنها را کوچکتر ساخت. همچنین اندازۀ پمپ‌‌های خنک کنندۀ وسایل نقلیه می‌تواند کاهش یابد. موتورهای کامیون‌ها نیز می‌توانند به علت کارکردن تحت دماهای بالاتر نیروی بیشتری تولید نمایند. افزایش هدایت گرمایی خنک‌کننده‌ها نیز می‌تواند ایده‌ای مناسب برای تولید پیل‌های سوختی پیشرفته و وسایل نقلیۀ دوگانه سوز/الکتریکی باشد.

انتقال حرارت در نانو سيالات پلیمری / بخش دوم

مكانيسم‌هاي انتقال حرارت در پلی نانو سيالات

در بررسي مكانيسم‌هاي انتقال حرارت 2 مكانيسم مورد توجه قرار مي‌گيرد.

I. مكانيسم هدايت حرارتي

مهمترين نكته در اين بخش يادآوري اين موضوع است كه ضريب هدايت حرارتي سيالات، نقش اصلي را در ميزان انتقال حرارت در تجهيزات مربوطه ايفا مي‌كنند. در همين راستا نانو ذرات به دليل دارا بودن ضريب انتقال حرارت بالا، سبب افزايش قابل توجه در انتقال حرارت هدايتي پلی نانو سيالات مي‌شوند به طور مثال استفاده از نانو ذرات ایمید در اتيلن گلايکول و نفت موجب افزايش ضريب انتقال حرارت سيال پايه به ميزان 40% و 150% مي‌شود.

پيش از پرداختن به مدلهاي رياضي موجود، مؤثرترين فاكتورها در افزايش انتقال حرارت نانو سيالات پلیمری بر اساس آزمايشات صورت گرفته و داده‌هاي تجربي موجود بررسي مي‌شود، اين فاكتورها عبارتند از:

- نوع سيال پايه و نانو ذرات مورد استفاده

- جزء حجمي ذرات

- اندازة نانو ذرات

- شكل نانو ذرات (نسبت منظر يا aspect ratio)

- ميزانpH نانو سيالات

- نوع پوشش مورد استفاده براي ذرات (particle coating)

مدلهاي رياضي كه در اين زمينه ارائه شده مبتني بر محاسبة ضريب هدايت حرارتي مؤثر نانو سيال پلیمری مي‌باشد نخستين رابطه‌اي كه مبناي بسياري از كارها قرار گرفته و براي پلی نانو سيالات نيز استفاده شده است رابطة مربوط به ماكسول مي‌باشد اين رابطه براي مخلوط مايع و ذرات جامد با ابعاد نسبتاً ريز بيان شده است .

در اين رابطه K1 و KP به ترتيب بيانگر ضريب هدايت حرارتي سيال و ذرات مي‌باشد و نيز مبين جزء حجمي ذرات در مخلوط است. همانطور كه مشاهده مي‌شود اين رابطه تنها به 3 پارامتر مذكور بستگي دارد. اما نكتة اساسي آن است كه ضريب هدايت حرارتي نانو سيالات حاوي ذرات غير كروي علاوه بر جزء حجمي ذرات به شكل نانو ذرات نيز بستگي پيدا مي‌كند كه تابعي از ميزان كرويت ذرات مي‌باشد. در اين راستا مدل ديگري كه براي مخلوطهاي دو جزئي مورد استفاده قرار مي‌گيرد و در سال 1962 توسط Hamilton و Crosser ارائه شد ، براي نانو سيالات نيز مورد توجه قرار گرفته است.

همانطور كه مشاهده مي‌گردد در اين رابطه يك ضريب وجود دارد كه بر ميزان كرويت ذرات مرتبط مي‌شود. يعني به جاي ضريب 2 در رابطه ماكسول از nاستفاده شده است. در صورتي كه ذرات كاملاً كروي باشند بر اساس رابطة به دليل آنكه است پس مقدار n برابر 3 بدست آمده و با جايگذاري در اين رابطه به همان رابطة ماكسول خواهيم رسيد.

در اكثر مقالات به 4 مكانيسم احتمالي كه در انتقال حرارت نانو سيالات پلیمری مؤثر مي‌باشد اشاره شده است.

اين فاكتورها عبارتند از:

1- حركت تصادفي ذرات(Brownian motion of particles)

2- ماهيت انتقال حرارت در نانو ذرات (از هر ذره به ذرات كناري‌اش)

3- خوشه‌اي شدن نانو ذرات، كه در صورتي كه از يك ميزان مشخص بيشتر شود و سبب كاهش انتقال حرارت خواهد شد. ( nanoparticle clustering)

4- ايجاد يك سطح شبيه ذرة جامد در اطراف ذرات جامد در محيط مايع و يا به عبارت ديگر ايجاد سطوح لايه‌اي مايع در فصل مشترك مايع و ذرة جامد مورد چهارم از موارد ذكر شده در تعداد بيشتري از مقالات مورد توجه قرار گرفته و اهميت آن در افزايش انتقال حرارت نانو سيالات خيلي بيشتر از ديگر فاكتورها عنوان شده است. در اينجا به يك مدل براي محاسبة ضريب هدايت حرارتي مؤثر نانو سيالات كه مبتني در وجود لايه‌اي در فصل مشترك ذره و سيال مي‌باشد پرداخته مي‌شود. تمامي مدلهاي موجود براي محاسبة ضريب هدايت حرارتي مؤثر پلی نانو سيالات مستقل از ساير ذرات و نيز فصل مشترك بين ذرات و سيال است. اما مطالعات آزمايشگاهي اخير حاكي از آن است كه مولكولهاي سيال كه در نزديكي سطح جامد هستند ساختاري لايه‌اي داشتند و اين ساختار بسيار شبيه به ذره جامد است.

در مورد ذرات با ابعاد نانو متر، افزايش ضخامت لاية مذكور تأثير فراواني بر افزايش ضريب هدايت حرارتي دارد. در اين مدل از يك فرض اوليه استفاده شده كه در آن نانو ذره اوليه و لايه اطراف آن به صورت يك كمپلكس در نظر گرفته شده است. در واقع نانو سيال پلیمری به صورت كمپلكس هاي نانو ذره‌اي كه در سيال توزيع شده فرض مي‌گردد. در اين مدل كمپلكس نانو ذره به شكل يك كره مي‌باشد كه داراي مشخصات زير است:

• : r شعاع كره

• t : ضخامت لاية خارجي كره

• k1 : ضريب هدايت حرارتي نانو ذره

• k2 : ضريب هدايت حرارتي پوسته (لاية اطراف نانو ذره)

• km : ضريب هدايت حرارتي سيال

• kc: ضريب هدايت حرارتي كمپلكس نانو ذره

• keff : ضريب هدايت حرارتي موثر نانو سيال

انتقال حرارت در نانو سيالات / بخش سوم

ادامه مكانيسم هدايت حرارتي

در صورتي كه معادلة مربوط به انرژي را در مختصات كروي بنويسيم خواهيم داشت:

اين معادله در حالت پايدار در نظر گرفته شده و از فرم مربوط به جهت صرفنظر شده و سرعت در جهت ناديده گرفته شده است.

H : intensity

q :heat flux

شرايط مرزي معادله به صورت زير است:

پس از حل معادله و با توجه به شرايط مرزي مذكور خواهيم داشت:

همچنين با توجه به رابطه مربوط به H مقاديرH1 براي نانو ذره وH2 براي پوستة خارجي بدست مي‌آيد:

به دليل آنكه در رابطة مربوط به H2براي شعاع‌هاي بزرگتر ازR مي‌توان از ترم دوم و سوم در سمت راست معادله صرفنظر كرد در نتيجه خواهيم داشت:

انتقال حرارت در پلی نانو سيالات / بخش چهارم

ادامه مكانيسم‌هاي انتقال حرارت در پلی نانو سيالات

II. مكانيسم جابجايي حرارتي

مباحث و تئوريهاي ارائه شده در اين بخش براي نانو سيالات به مراتب كمتر از مدلهاي ارائه شده در قسمت مربوط به مكانيسم هدايت حرارتي مي‌باشد و در كل كارهاي تحقيقاتي كمتري روي اين مكانيسم صورت پذيرفته است. اما به توجه به همين كارهاي اندك انجام شده نتايج زير بر اساس داده‌هاي آزمايشگاهي بدست آمده است:

- ضريب انتقال حرارت جابجايي در پلی نانو سيالات با توجه به سرعت جريان و جزء حجمي نانو ذرات تغيير كرده و در صورت وجود شرايط يكسان بيشتر ازمقدار مشابه در سيال پايه است.

- به طور مثال در مقايسه با آب، نانو سيال حاوي2% حجمي از ذرات ایمید داراي افزايش 60 درصدي در ضريب انتقال حرارت جابجايي است.

- ضريب انتقال حرارت جابجايي با توجه به عدد رينولدز و جزء حجمي ذره در سيال افزايش مي‌يابد.

به صورت كلي روابط ارائه شده در بخش انتقال حرارت جابجايي در اغلب موارد به صورت تجربي است كه اين مسأله در مورد نانو سيالات پلیمری نيز صدق مي‌كند. يعني تعداد روابط تجربي بيشتر از مدلهاي رياضي ارائه شده در اين بخش است. به طور مثال مي‌توان به محاسبة عدد بدون بعد ناسلت بر اساس دو رابطة زير به ترتيب براي جريان آرام و آشفته اشاره نمود كه به طور تجربي به دست می آید.

در اين روابط از اعداد بدون بعد نظير پكلت، رينولدز و پرانتل استفاده شده است. همچنين ضريب نفوذ حرارتي نانو سيال پلیمری در رابطة بالا با توجه به تعريف و بر اساس جزء حجمي نانو ذرات بدست مي‌آيد:

در بيان مدلهاي رياضي 2 روش عمده براي تحليل افزايش ميزان انتقال حرارت مورد توجه است:

1- مدل تك فازي:

در اين مدل فاز ذرات و فاز سيال در يك تعادل حرارتي در نظر گرفته مي‌شوند كه داراي سرعت يكسان مي‌باشند. از مزاياي اين روش كاهش قابل توجه زمان محاسبات در آن است.

2 - مدل دو فازي:

در اين روش فرايند انتقال حرارت در 2 فاز مايع و جامد به صورت مجزا مورد بررسي قرار مي‌گيرد و از دو تابع مختلف استفاده مي‌شود. محاسبات اين روش مستلزم بهره‌گيري از كامپيوترهاي بسيار پيشرفته و نيز صرف زمان زياد است. مدلي كه در اينجا مورد بررسي قرار مي‌گيرد در واقع يك مدل تك فازي اصلاح شده براي جريان نانو سيال پلیمری در لوله است.

معادلة مربوط به انرژي در مختصات استوانه‌اي، در صورتي كه در آن از توزيع دما در جهت صرفنظر شده و همچنين سرعت در جهت محوري و شعاعي استوانه‌اي نيز صفر در نظر گرفته شود به صورت زير مي‌باشد:

در اين معادله از فرم استفاده شده است كه دليل آن در نظر گرفتن اثر وجود نانو ذرات و جزء حجمي آنها در سيال است. در صورتي كه از توزيع دما در جهت محوري هم صرفنظر گردد به معادلة زير خواهيم رسيد:

شرايط مرزي اين معادله به صورت زير خواهد بود:

با در نظر گرفتن شرايط مرزي، و با استفاده از روش جداسازي متغير ، معادله حل شده و نتيجه به شكل تابع بسل در خواهد آمد . در اين رابطه كه در آن از متغيرهاي بي بعد زير استفاده شده است،تتا ريشة مثبت معادله مي‌باشد.

در صورتي كه معادله تعادل حرارتي را در ديوارة لوله به صورت زير در نظر بگيريم آنگاه خواهيم داشت:

افزايش ضريب انتقال حرارت جابجايي در مبدلهاي حرارتي با استفاده از پلی نانو سيالات

مولفان اين مقاله ضمن مطالعه مراجع منتشر شده در سالهاي اخير و همچنين استفاده از تجربيات و مطالعات خود در اين زمينه، پارامترهاي تاثير گذار بر افزايش ضريب انتقال حرارت جابجايي نانو سيالات پلیمری نسبت به سيالات پايه را مورد بررسي قرار داده اند. نتايج نشان ميدهد افزايش دبي و غلظت نانو سيالات پلیمری تاثير به سزايي بر افزايش ضريب انتقال حرارت جابجايي داشته و سايز نانو ذرات پلیمری استفاده شده براي ايجاد پلی نانوسيال در محدوده 20-50 نانومتر اثر مطلوب ترين بر افزايش انتقال حرارت ميگذارد. تغيير دماي ورودي نانو سيال به مبدل هاي حرارتي در محدوده 10 درجه سانتي گراد آنچنان بر ضريب انتقال حرارت موثر نميباشد. در صورت فراهم شدن شرايط مناسب ( دبي و غلظت نانو سيال پلیمری )، افزايشي درحدود 60-50% براي ضريب انتقال حرارت جابجايي پلی نانو سيالات نسبت به سيالات پايه گزارش شده است كه اين افزايش چشمگير مي تواند انقلابي در هزينه هاي انرژي در صنايع گوناگون ايجاد نمايد

انتقال حرارت در سیالات ساکن

خواص استثنایی نانوسیالات پلیمری شامل هدایت حرارتی بیشتر نسبت به سوسپانسیون های معمولی، رابطه غیرخطی بین هدایت وغلظت مواد جامد و بستگی شدید هدایت به دما و افزایش شدید فلاکس حرارتی در منطقه جوشش است.

این خواص استثنایی، به همراه پایداری، روش تهیه نسبتاً آسان و ویسکوزیته قابل قبول باعث شده تا این سیالات به عنوان یکی از مناسب ترین و قوی ترین انتخاب ها در زمینه سیالات خنک کننده مطرح شوند . بیشترین تحقیقات روی هدایت حرارتی نانوسیالات پلیمری، در زمینه سیالات حاوی نانوذرات آلکیل و ایمید انجام شده است .

ماسودا افزایش ۳۰ درصدی هدایت حرارتی را با اضافه کردن ۳/۴ درصد حجمی گروه آلکیل به آب گزارش کرده است. ولی افزایش ۱۵ درصدی را برای همین نوع نانوسیال با همین درصد حجمی گزارش کرده است که تفاوت این نتایج را ناشی از تفاوت در اندازه نانوذرات به کار رفته در این دو تحقیق می داند. قطر متوسط ذرات آلکیل بکاررفته در آزمایش اول ۱۳نانومتر و در آزمایش دوم ۳۳ نانومتر بوده است. زای و همکاران افزایش ۲۰ درصدی را برای ۵۰ درصد حجمی از همین نانوذرات گزارش کرده اند.

گروه مشابهی برای نانوذرات کاربید سیلیکون نیز به نتایج مشابهی رسیدند. ولی بهبود نسبتاً کمتری را در هدایت حرارتی نانوسیالات حاوی نانوذرات ایمید ، نسبت به نانوذرات آلکیل مشاهده کرد؛ در حالی که ونگ۱۷ درصد افزایش هدایت حرارتی را برای فقط ۴/۰ درصد حجمی از نانوذرات ایمید در آب گزارش کرده است. برای نانوسیال با پایه اتیلن گلیکول، افزایش بالای ۴۰ درصد برای ۳/۰ درصد حجمی ایمید با متوسط قطر ده نانومتر گزارش شده است. پتل افزایش بالای ۲۱ درصد برای سوسپانسیون ۱۱ درصد حجمی از نانوذرات پلیمری گروه نیتریل که به ترتیب در آب و تولوئن پراکنده شده بودند را مشاهده کرد. در مواردی هم هیچ افزایش قابل توجهی در هدایت مشاهده نشده است.

اخیراً تحقیقات دیگری روی وابستگی هدایت به دما برای غلظت های بالای نانوذرات گروه های مختلف پلیمری و غلظت های پایین نانوذرات گروه اتر در حال انجام است که در هر دو مورد در محدوده دمای ۲۰ تا ۵۰ درجه سانتیگراد افزایش دو تا چهار برابری در هدایت مشاهده شده است و در صورت تأیید این خواص برای دماهای بالاتر می توان نانوسیال پلیمری را در سیستم های گرمایشی نیز استفاده کرد.

به علت نياز به موتورهايي با نيروي بيشتر، توليد کنندگان کاميون دائماً در جستجوي راه‌هايي براي گسترش طرح‌هاي آيروديناميک در وسايل نقليه‌شان هستند. ازجمله تلاش‌ها در اين زمينه معطوف به کاهش مقدار انرژي موردنياز جهت مقابله با مقاومت‌هاي بالا مي‌باشد. در يک کاميون سنگين معمولي، با سرعت 110 کيلومتر در ساعت، در حدود 65 درصد کل بازده موتور، صرف غلبه بر کشش‌هاي آيروديناميک مي‌شود که يکي از دلايل بزرگ اين امرمقاومت هوا مي‌باشد.

در سيستم‌هاي خنک کننده، با توجه به نوع سيال مورد استفاده رادياتورهاي متفاوتي مورد نياز است. جهت انتقال حرارت از موتور به رادياتور و درنهايت آزاد شدن اين حرارت به محيط اطراف، به کارگيري سيالات با ظرفيت‌هاي گرمايي بالا ضروري مي‌باشد.

اين سيالات قادرند بدون افزايش دماي خودشان حرارت را جذب وسپس آن را بسيار آهسته و بدون نياز به مقدار سيال بيشتر به محيط اطراف منتقل نمايندکه اين انتقال آهستۀ گرما به محيط، موجب بزرگي اندازۀ رادياتورهاي وسايل نقليه معمولي مي‌شود.

اگر سرعت انتقال حرارت توسط سيالات به‌گونه‌اي افزايش يابد،طراحي رادياتورها آسان و مؤثرتر شده و مي‌توان آنها را کوچکتر ساخت. همچنين اندازۀپمپ‌‌هاي خنک کنندۀ وسايل نقليه مي‌تواند کاهشي ابد. موتورهاي کاميون‌ها نيزمي‌توانند به علت کارکردن تحت دماهاي بالاتر نيروي بيشتري توليد نمايند. افزايش هدايت گرمايي خنک‌کننده‌ها نيز مي‌تواند ايده‌اي مناسب براي توليدپيل‌هاي سوختي پيشرفته و وسايل نقليۀ دوگانه سوز/الکتريکي باشد.

محققان آزمايشگاهآرگون در حال پيدا کردن روشي براي افزايش زياد هدايت گرمايي خنک کننده‌ها در موتورهاي معمولي بدون بروزتأثيراتي مغاير با ظرفيت‌هاي گرمايي آنها هستند.

بخش انرژي آزمايشگاه آرگون به طور مشترک با کمپاني Valvo Line، در حال کار در زمينۀ توسعۀ خنک‌کننده‌هاي نانوسيالي پلیمری و روغن‌هاي روان‌ساز براي موتورهاي کاميون مي‌باشد.

محققان آرگون هم‌اکنون از يک روش يک مرحله‌اي براي توليدنانوسيالات پلیمری بر مبناي نانوذرات ایمیدی و پلیمری و يکروش دومرحله‌اي براي توليد نانوسيالات بر مبناي نانوذرات اکسيدي، استفاده مي‌کنندکه هر دو شيوه، روش‌هاي نسبتاَ آسان و اقتصادي براي توليد نانوسيالات هستند.

هم‌اکنون محققانآرگون در حال بررسي تأثير دوده در روغن موتور مي‌باشند. ميزان دوده در روغن موتور گاهي اوقات بيشتر از حد انتظار است. با وجود اينکه ذرات دوده به کوچکي ذرات نانومتري موجود در نانوسيالات پلیمری نيستند، محققان دريافتند تجمع آنها درروغن موتور منجر بهافزايش 15 درصدي در هدايت گرمايي روغن موتور مي‌شود.

بر اساس اين يافته‌ها محققان حسگري توليد نمودند که با اندازه‌گيري ميزان افزايش هدايت گرمايي ذرات دودۀ جمع شده در روغن موتور قادر به نشان‌دادن نحوۀ عملکرد موتورمي‌باشد.

نتايج

خواص استثنايي نانوسيالات پلیمری شامل هدايت حرارتي بيشتر نسبت به سوسپانسيون‌هاي معمولي، رابطة غيرخطي بين هدايت و غلظت مواد جامد و بستگي شديد هدايت به دما است.

خواص استثنايي، به همراه پايداري، روش تهية نسبتاً آسان و ويسکوزيتة قابل قبول باعث شده تا نانوسيالات پلیمری به عنوان يکي از مناسب‌ترين و قوي‌ترين انتخاب‌ها در زمينة سيالات خنک کننده مطرح شوند. مقدار کمي (حدود يک درصد حجمي) از نانوذرات ایمید يا نانولوله‌هاي کربني در اتيلن گليکول يا روغن به ترتيب افزايش 40 و 150 درصدي در هدايت حرارتي اين سيالات ايجاد مي‌کند.نانوسیالات پلیمری به ‌وسیله پخش و منتشر کردن ذرات پلیمری در اندازه‌های نانومتری در سیالات متداول منتقل کننده گرما، به ‌منظور افزایش هدایت گرمایی و بهبود عملکرد انتقال حرارت، ساخته می‌شوند.نتایج آزمایش‌هایی که در رابطه با نحوه انتقال حرارت بر روی چندین نمونه نانوسیال پلیمری انجام شد، نشان می‌دهد که عملکرد پلی نانوسیالات در انتقال حرارت عموماً بیشتر از آن چیزی است که به ‌صورت نظری پیش‌بینی شده است. این واقعیت یک کشف اساسی در مسئله انتقال حرارت می‌باشد