Разработаны способ получения наночастиц мультиграфена, представляющего собой частицы, состоящие из нескольких слоев графена с высоким значением коэффициента теплопроводности, и метод диспергирования этих частиц в водном растворе этиленгликоля с массовой концентрацией последнего 20% (ВЭГ 20%), с получением устойчивой суспензии «жидкость - твёрдые частицы мультиграфена» для экспериментального определения влияния массовой концентрации наночастиц и температуры на коэффициент теплопроводности наножидкости, так как последний существенно зависит от применяемых технологий. Рассмотренные теоретические модели теплопроводности двухфазных сред «жидкость - твёрдые частицы» не позволили адекватно описать поведение коэффициента теплопроводности λnf наножидкостей на основе ВЭГ 20% и мультиграфена. Получены экспериментальные данные, свидетельствующие о значительном повышении коэффициента теплопроводности наножидкости на основе ВЭГ 20% и мультиграфена при увеличении его концентрации и температуры суспензии. Это в свою очередь приводит к увеличению интенсивности теплоотдачи на границе «стенка - охлаждающая жидкость» при применении указанной наножидкости в системах охлаждения тепловых двигателей по сравнению с используемой в настоящее время базовой жидкостью (ВЭГ 20%). В соответствии с этим понизятся и температуры теплонапряжённых деталей, охлаждаемых такой наножидкостью. С применением компьютерного моделирования, методом вычислительной гидродинамики показано снижение на 8°С максимальных и средних температур стенки гильзы цилиндра двигателя 6ЧН 13/14 при использовании в качестве теплоносителя суспензии с массовым содержанием мультиграфена 0,75%. При этом необходимо учесть, что коэффициент теплоотдачи от нагретой стенки к наножидкости зависит не только от её коэффициента теплопроводности, но и от величины её коэффициента динамической или кинематической вязкости, что может привести к некоторому уменьшению эффекта интенсификации процесса теплоотдачи в системах охлаждения. Последнее связано с тем, что добавление наночастиц в ОЖ приводит и к некоторому увеличению её коэффициента вязкости.
A method for the production of multigrafen nanoparticles has been developed. These particles consist of several layers of graphene, with a high value of the thermal conductivity, and a method to disperse the particles in an aqueous solution of ethylene glycol with a mass concentration of the latter 20% (VEG 20%). These methods have been worked out with the purpose to obtain a stable suspension “liquid - solid multigraphic particles” and experimentally determine the influence of the mass concentration of nanoparticles and temperature on the thermal conductivity coefficient of nanofluids, since the latter depends essentially on the used technologies. The considered theoretical models of the thermal conductivity of two-phase “liquid-solid particles” media did not permit an adequate description of the thermal conductivity behavior coefficient A,nf of nanofluids on the basis of 20% VEG and multigrafen. Experimental data have been obtained indicating a significant increase in the thermal conductivity of nanofluid on the basis of VEG 20% and multigrafen with an increase in its concentration and temperature of the suspension. This in turn leads to an increase in the intensity of heat transfer at the “wall - coolant” boundary when using this nanofluid in the cooling systems of heat engines compared to the base fluid currently used (VEG 20%). In accordance with this, the temperatures of heat-stressed parts cooled by such a nanofluid will also decrease. With the use of computer simulation, the method of computational hydrodynamics shows a decrease by 8°C of the maximum and average temperatures of the cylinder liner wall of the 6CHN 13/14 engine when using as a coolant a suspension with a mass content of multigrafen 0.75%. It should be noted that the heat transfer coefficient from the heated wall to the nanofluid depends not only on its heat conduction coefficient, but also on the value of its dynamic or kinematic viscosity coefficient, which can lead to a slight decrease in the effect of heat transfer in cooling systems. The latter is due to the fact that the addition of nanoparticles in the coolant leads to a slight increase in its viscosity coefficient.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.