نقش فناوری نانو در بهبود عملکرد تاسیسات مکانیکی

تأمین شرایط آسایش انسان، در محیط های مختلف زندگی ، و رساندن دما و رطوبت محیط تا حد آسایش انسانی یکی از اهداف اصلی سیستم های تأسیساتی است. این سیستم ها شامل تجهیزات تولید ، تبادل، و انتقال حرارتی همگی نقش تأمین آسایش حرارتی محیط زندگی انسان را بر عهده دارد. در این میان مبدل های حرارتی ، انرژی گرمایی را از یک سیال داخلی در حال حرکت به سیالی دیگر که معمولاً خارجی است منتقل می کند. این تبادل حرارتی معمولاً از طریق یک رسانای واسط جامد انجام می گیرد که نسبت سطح به حجم آن در این فرآیند بسیار مؤثر است. در اینجا فرآیند نانو به کمک ما آمده و رویکردهای نانو بنیان به بهبود رسانش حرارتی مواد جداکننده کمک می کنند. از این طریق می توان به ظرفیت حرارتی بالاتر و انتقال حرارت پربازده تر دست یافت. همچنین نانو سیالات و نانو ذرات معلق در سیال واسط نیز می توانند بر کیفیت ظرفیت حرارتی سیستم بیفزایند. یکی از تجهیزاتی که می توان آن ها را ثمره ی این فرآیند نوین دانست، لوله های دافع حرارت( heat pipe ) است. لولهٔ حرارتی وسیله ای است که می تواند مقادیر بزرگی از گرما را به سرعت میان منبع گرم و منبع سرد انتقال دهد. این لوله ها از تجهیزاتی هستند که وظیفه ی انتقال و یا دفع حرارت در سیستم های مختلف را بر عهده دارند. مکانیزم انتقال حرارت این لوله های آب بندی شده ، از راه سیکل مکرر تبخیر و میعان ، برای انتقال حرارت از یک انتها به انتهای دیگر لوله ها است . اما در درون این لوله ها چه می گذرد؟ در درون این لوله ها یک مایع و ماده ی با اثر مویینگی وجود دارد، به علاوه در قسمتی از این لوله ها نیز تا حدی خلأ وجود دارد. مکانیزم عمل این لوله ها به این صورت است که هنگام جذب گرما از این سوی لوله مایع جذب شده و در سوی دیگر لوله انرژی گرمایی از طریق میعان آزاد می شود. سپس ماده ی فیتیله مانند ماده ی میعان شده را از طریق مویینگی به جای اول بازمی گرداند. به عبارت دیگر سیال عامل باحالت مایع اشباع، از طریق دریافت گرمای نهان تبخیر به بخار اشباع تبدیل می شود. بخار حاصل در اثر اختلاف فشار به انتهای دیگر لوله حرارتی منتقل می شود و در این منطقه در اثر خنکای هوا ، گرمای نهان تبخیر خود را ازدست داده و تقطیر می شود. مایع اشباع حاصل، از طریق یک ساختار فتیله ای با خواص مویینگی به قسمت اولیه بازگردانده می شود و تکرار این سیکل حرارتی به طور پیوسته از ناحیه گرم به سرد انجام می گردد. همان طور که انتظار می رود فرآیند تغییر فاز یعنی تبدیل مواد از یک حالت(مایع -جامد -گاز) به حالت دیگر بیشترین ضریب انتقال حرارت است و این انتظار در آزمایش های متعدد به واقعیتی کاربردی تبدیل شده است. از این نوع لوله ها نیز در اندازه های گوناگون و نیز به شکل ورقه های دافع حرارتی استفاده می گردد.این اندازه ها از ابعاد میکرو تا ابعاد بسیار بزرگ متغیر است. نانو سیالات با ویژگی های انتقال حرارتی بی نظیر خود به ارتقای عملکردی این لوله ها می افزایند. نانو مواد از سه راه بر کیفیت و بازدهی عملکرد لوله ها تأثیر می گذارند. 1- از طریق افزایش رسانش حرارتی جداره ی لوله ها . 2- از طریق تغییر ویژگی مایع درون لوله . 3- از راه ارتقای خاصیت مویینگی فیتیله ی درون لوله . گفتنی است نانو ذرات معلق در مایع نیز به عنوان افزودنی می توانند بر کیفیت مایع درون لوله ها بیفزایند. در ادامه باید افزود که استحکام کششی 100 برابر فولاد ، رسانایی حرارتی نسبت به سایر ترکیبات به استثنای الماس خالص ، رسانایی الکتریکی بسیار بالا،توانایی حمل جریانی بالاتر از مس ،ممان مغناطیسی بسیار بزرگ و قابلیت گسیل و جذب نور از ویژگی های برجسته نانولوله ها است. درنهایت می توان مزایای لوله های حرارتی را بدین ترتیب دسته بندی نمود: -توانایی فوق العاده در انتقال حرارت - توزیع دمای یکنواخت در بدنه - فشردگی، ضریب اطمینان و بازدهی بالا - اتلاف گرمای بسیار پایین - سازگار با محیط زیست با توجه به اینکه این لوله ها متحرک نبوده و اجزای مکانیکی هم ندارند،نیازی به نگهداری خاصی نداشته و در استفاده معمول هیچ آسیبی نمی بینند.اگر لوله به درستی طراحی شده باشد مایع داخل آن فشاری حدود 1 اتمسفر داشته و این بدان معنا خواهد بود که خطر نشت آن تقریباً نزدیک به صفر است. به کارگیری علم نانو در انواع علوم فنی و مهندسی و حتی بعضی شاخه های هنری منجر به پیشرفت های فراوانی در دنیای امروز گشته است اما هنوز این علم در آغاز کار است و راهی بس دورودراز در جهت نانو فناوری پیش روی ماست. بامطالعه ی این علم شاید بتوانیم در گسترش آن و در تولید علم کاری انجام بدهیم.