25946

مطالعه تجربي رفتار حرارتي مواد تغيير فازدهنده (PCM) داراي نانوذره مورد استفاده در زيرسيستم كنترل حرارت سامانه هاي فضايي

كارشناسي ارشد

مهندس شيمي - طراحي فرايند

1397

1400/7/24

اقاي دكتر هاشم آبادي - دكتر هاجر اسحاقي

مهندس شيمي

مواد تغيير فاز دهنده (PCM) به دليل كاربردهاي فراوان از قبيل سرد و گرم كردن در مقياس كوچك به عنوان سيستم¬هاي ذخير انرژي گرمايي بسيار مورد توجه قرار گرفتند اي مواد مي¬توانند مقدار زيادي انرژي گرمايي در يك دماي ثابت جذب و آزاد كنند اما پايين بودن ضريب هدايت گرمايي آنها باعث كاهش نرخ اين گرما شده كه در نهايت كارايي سيستم را كاهش مي¬دهد. جهت حل اين مشكل، استفاده از نانوذرات به عنوان سيالات انتقال دهنده گرما در ساختار آنها مي¬تواند مفيد باشد. در اين پژوهش¬، خواص حرارتي دو نوع PCM اصلاح شده با نانوذرات شامل موم پارافين/آلومينيوم اكسيد و ايكوزان/گرافيت مورد بررسي قرار گرفته تا اثر افزودن نانوذرات به ساختار PCM ارزيابي شود. همچنين يك سامانه آزمايشگاهي جهت كنترل حرارتي مواد تغيير فاز دهنده جهت استفاده در كابردهاي فضاپيما در نظر گرفته شد. نتايج نشان داد كه براي نمونه پارافين/ آلومينيوم اكسيد، با افزايش غلظت نانوذره، پراكندگي همگن نانوذرات بر روي سطح پارافين بيشتر شده كه سبب استحكام سطح مي¬شود. افزايش درصد وزني گرافيت تا 10%، چگالي نمونه را نسبت به ايكوزان خالص 8/12 % و افزايش درصد وزني نانو ذرات آلومينيوم اكسيد تا 2%، چگالي نمونه را نسبت به پارافين خالص تا 5% افزيش داد. مقدار ضريب پخش حرارتي نمونه با افزودن نانو ذرات گرافيت تا 10% وزني، تا 88/26% نسبت به ايكوزان خالص و با افزودن ذرات آلومينيوم اكسيد تا 2% تا 61/6 % نسبت به پارافين خالص در دماي 20 درجه سانتي گراد افزايش يافته است. افزايش 2% آلومينيوم اكسيد و 10% گرافيت به نمونه¬هاي خالص پارافين و ايكوزان به ترتيب باعث افزايش چشم¬گير ضريب هدايت حرارتي تا % 83/3و5/15 % نسبت به نمونه¬هاي خالص شده است. با توجه به نتايج گزارش شده توسط محققين مقدار ضريب هدايت حرارتي (K) براي نمونه (EG-4) در مقايسه با پارافين رشد 14/9 برابري را نشان مي دهد. آناليزهاي كنترل حرارتي نمونه ها نشان داد كه نمونه پارافين شامل 1% آلومينيوم اكسيد بهترين عملكرد را به عنوان ماده تغيير فازدهنده دارد زيرا در زمان كمتري به دماي نهايي مورد نظر مي رسد.

1400/10/27

Thermal Characterization of Two Synthesized Nano-Enhanced Phase Change Materials (NEPCMs); Eicosane/Graphite and Paraffin/α-Al2O3

10/16/2022 12:00:00 AM

Due to their superior features, phase change materials (PCMs) have received significant attention as thermal energy storage systems. However, their low thermal conductivity reduces the rate of heat transfer. The incorporation of nanoparticles into the matrix of PCM can be an efficient way to solve their deficiency. In the current research, two nano-enhanced phase change materials (NEPCM), including eicosane/graphite and paraffin wax/-Al2O3, were synthesized under different mass fractions of nanoparticles to evaluate their performance improvement. Differential scanning calorimetry (DSC) and X-ray fluorescence (XFA) analyses were employed to determine heat capacity and thermal diffusivity and calculate thermal conductivity. The results illustrated that adding graphite up to 10wt% increased the density, thermal diffusivity, and conductivity by 12.8%, 26.88%, and 15.5% relative to pristine eicosane, respectively. However, adding Al2O3 up to 2% enhanced the formerly stated parameters by 5%, 6.61%, and 79% compared to pure paraffin wax, respectively. Due to research of bahriaie in 2017, the value of thermal conductivity (K) for sample (EG-4) compared to paraffin shows a growth of 9/14 times. Thermal control analyses of the samples showed that the paraffin sample containing 1% Al2O3 has the best performance as a phase change material because it reaches the desired final temperature in less time. 2 Keywords: Thermal control; Phase change materials; Nanoparticles; Morphological characterization.

مواد تغيير فازدهنده , نانو مواد , افزايش ضريب هدايت حرارتي , كنترل حرارتي , پارافين

Thermal control; , Phase change materials , Nanoparticles , Morphological , characterization.