بهبود ضریب هدایت حرارتی ماده تغییر فاز دهنده برای ذخیره‌سازی انرژی حرارتی با استفاده از فناوری نانو

Abstract

امروزه اهمیت استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر بر کسی پوشیده نیست. در میان انواع انرژی‌های تجدیدپذیر، انرژی خورشیدی، بیشترین کاربرد را به خود اختصاص داده است. اما جمع‌کننده‌های خورشیدی در شب و یا هوای ابری کارآیی خود را از دست می‌دهند. ذخیره‌سازی گرمای نهان توسط مواد تغییر فاز دهنده (PCMs) می‌تواند به‌عنوان یک راه حل برای مشکل فوق به کار گرفته شود. اما اکثر PCMها، دارای ضریب هدایت حرارتی پایینی هستند. در این پژوهش برای حل این مسئله، از فناوری نانو بهره گرفته شده است. از پارافین‌واکس به‌عنوان PCM و از نانوذره اکسید آلومینیوم (Al₂O₃) و نانوذره مس (Cu) جهت ارتقاء خواص حرارتی آن به‌عنوان مواد نانوساختار استفاده شدند. خواص ساختاری نانوکامپوزیت‌های ساخته شده با میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی مطالعه شدند. آزمایش‌ها با آزمون فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی با 3 عامل اصلی، شامل درصد وزنی نانوذره (در 3 سطح)، نوع نانوذره (در 2 سطح) و اندازه قطر متوسط نانوذره (در 3 سطح) و همچنین پارافین‌واکس خالص به عنوان نمونه شاهد، با 3 تکرار انجام شده است. ضریب هدایت حرارتی به عنوان مهم‌ترین پارامتر تأثیرگذار بر انتقال حرارت نانوسیالات و PCMها، در یک گستره دمایی برای هر نمونه و در فاز جامد اندازه‌گیری شد. بیشترین و کمترین مقدار آن نسبت به نمونه شاهد به ترتیب 442% و 122% افزایش داشته است. تجزیه واریانس داده‌ها نشان داد اثر اندازه، نوع و غلظت نانوذره آمیخته شده در PCM، بر این ضریب در سطح 1% معنی‌دار است، همچنین در اندازه‌های مختلف نانوذرات، با افزایش غلظت، مقدار آن افزایش می‌یابد و در اندازه‌های کوچک‌تر، ضریب هدایت حرارتی بهتری مشاهده شد.