النقل الحملاني في النانو السوائل

النانو سوائل هي كوليدات تم هندستها مكونة من سائل أساسي وجزيئات نانوية (1-100 نانومتر). تتميز النانو سوائل بموصلية حرارية أعلى ومعاملات انتقال الحرارة من نوع واحد مقارنة بسوائلها الأساسية. على وجه الخصوص، يبدو أن زيادة معامل انتقال الحرارة تتجاوز تأثير موصلية الحرارة فقط، ولا يمكن التنبؤ بها من خلال العلاقات التقليدية للسوائل النقية مثل معادلة ديتوس-بويلتر. في أدبيات النانو سوائل، يُنسب هذا السلوك عمومًا إلى تشتت حراري وزيادة الاضطراب، الناتج عن حركة الجزيئات النانوية. لاختبار صحة هذا الافتراض، اعتبرنا سبعة آليات انزلاق يمكن أن تنتج سرعة نسبية بين الجزيئات النانوية والسائل الأساسي. هذه هي القصور الذاتي، الانتشار البrownian، الحرارة المحورية، الانتشار المحوري، تأثير ماغنوس، تصريف السوائل، والجاذبية. خلصنا إلى أنه من بين هذه السبعة، فإن الانتشار البrownian والحرارة المحورية هما آليتان انزلاقتان مهمتان في النانو سوائل. بناءً على هذه النتيجة، طورنا نموذج توازن غير متجانس مكون من عنصرين وأربع معادلات لنقل الكتلة والزخم والحرارة في النانو سوائل. يظهر تحليل غير البعد للمعادلات أن نقل الطاقة عن طريق تشتت الجزيئات النانوية يعتبر غير مهم، وبالتالي لا يمكن أن يفسر الزيادات غير الطبيعية في معامل انتقال الحرارة. علاوة على ذلك، تُشير مقارنة مقاييس الزمن والطول للجزيئات النانوية والدوامات الاضطرابية بوضوح إلى أن الجزيئات النانوية تتحرك بشكل متجانس مع السائل في وجود الدوامات الاضطرابية، لذا فإن تأثيرها على كثافة الاضطراب أيضًا مشكوك فيه. وبالتالي، نقترح تفسيرًا بديلًا للزيادات غير الطبيعية في معامل انتقال الحرارة: قد تتغير خصائص النانو سوائل بشكل كبير ضمن طبقة الحدود بسبب تأثير تدرج الحرارة والحرارة المحورية. بالنسبة لسائل مدفأ، يمكن أن تؤدي هذه التأثيرات إلى انخفاض كبير في اللزوجة ضمن طبقة الحدود، مما يؤدي بالتالي إلى تعزيز انتقال الحرارة. تم اقتراح هيكل العلاقة الذي يلخص هذه التأثيرات.