CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN
b) Các nhóm nghiên cứu trên thế giới đang tập trung vào lĩnh vực này
2.1. ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ MÔ HÌNH TÍNH TOÁN LÝ THUYẾT ĐÃ CÔNG BỐ
Kể từ khi được phát hiện ra lần đầu tiên vào năm 1991, vật liệu CNTs cho thấy tiềm năng lớn trong các lĩnh vực khác nhau với nhiều ưu điểm vượt trội như đã trình bày ở chương 1. Tính chất ưu việt này của CNTs đã mở ra hướng ứng dụng nhằm nâng cao độ dẫn nhiệt cho các chất lỏng nanô trong các lĩnh vực khác nhau trong cuộc sống. Trong các chất lỏng ứng dụng cho các hoạt động truyền nhiệt thì chất lỏng thương mại thường có nhiều thành phần. Để có thể hiểu rõ hơn về cơ chế, bản chất của việc nâng cao độ dẫn nhiệt của vật liệu khi có thêm các hạt nanô thì cần có những nghiên cứu lý thuyết, tính toán mô phỏng được quá trình truyền nhiệt của vật liệu. Chương này của luận án trình bày một số kết quả đạt được trong nghiên cứu mô hình và tính toán lý thuyết độ dẫn nhiệt của chất lỏng đa thành phần chứa vật liệu CNTs.
Các nghiên cứu gần đây về tăng cường độ dẫn nhiệt chỉ ra rằng chất lỏng nanô, đóng vai trò như một chất lỏng truyền nhiệt, có tiềm năng lớn để ứng dụng vào các bộ trao đổi nhiệt, bộ thu năng lượng mặt trời trực tiếp và làm mát các thiết bị điện tử công suất cao. Tính chất nhiệt của chất lỏng nền có thể được cải thiện đáng kể nhờ sự hiện diện của các hạt nanô, ngay cả với nồng độ thấp. Các hạt nanô được sử dụng để điều chế chất lỏng nanô có thể là kim loại (Cu, Au, Ag, Ni), oxit kim loại (Al2O3, CuO, Fe2O3, SiO2, TiO2), gốm (SiC, AlN, SiN), hoặc vật liệu nanô cácbon (graphene, CNTs, than chì) [77]. Trong số các vật liệu này, CNTs đã trở thành ứng viên nổi bật do tính dẫn nhiệt cao (trên 1.400 W/mK). Kết luận này được chứng minh trong nhiều nghiên cứu thực nghiệm như của Xing và cộng sự [78], Walvekar và cộng sự [79], Sabiha và cộng sự [80], Phuoc và cộng sự [81], Estelle và cộng sự [82], Nasiri và cộng sự [83], Naddaf và Heris [84], Venkatesan và cộng sự [85]. Ngoài ra, dung dịch nền có ảnh hưởng đáng kể đến độ dẫn nhiệt của chất lỏng nanô bởi đặc tính nhiệt và độ nhớt của chúng. Hầu hết các nghiên cứu trước đây sử dụng nước, ethylene glycol, hoặc một chất lỏng nền khác để phân tán CNTs. Hệ số dẫn nhiệt của nước và ethylene glycol ở 40°C lần lượt là 0,63 W/mK và 0,25 W/mK. Trong khi độ nhớt của chúng lần lượt là 0,659 mPas và 9,407 mPas [86]. Tuy nhiên,
trong luận án này, chất lỏng tản nhiệt sẽ được sử dụng trong môi trường hoạt động khắc nghiệt của vệ tinh. Điều này có nghĩa là sẽ có những bất lợi trong việc sử dụng riêng biệt nước hoặc ethylene glycol để điều chế chất lỏng nanô. Do đó, để tăng dải nhiệt độ hoạt động của chất lỏng nền, việc trộn nước và ethylene glycol đã được nghiên cứu gần đây [87-89]. Hơn nữa, Sandhu và Gangacharyulu [90], bằng đo đạc thực nghiệm, đã cho thấy rằng, bằng cách thêm MWCNTs vào hỗn hợp EG/DW (50:50) ở 50°C, độ dẫn nhiệt có thể được cải thiện lên đến 28%. Kumaresan và Velraj [91] đã đo đạc được sự cải thiện độ dẫn nhiệt tối đa là 19,75% đối với chất lỏng nanô chứa 0,45 vol% MWCNTs ở 40°C. Những kết quả này chỉ ra rằng hỗn hợp nước và ethylene glycol có thể là dung dịch nền thích hợp để tổng hợp chất lỏng nanô.
Một mô hình tính toán có thể đưa ra các dự đoán về sự cải thiện độ dẫn nhiệt, vậy nên sẽ hữu ích cho việc phân tích lý thuyết. Do đó, việc mô hình hóa độ dẫn nhiệt của các chất lỏng nanô chứa CNTs đã thu hút được nhiều sự quan tâm của các nhà nghiên cứu. Trước đây, đã có một số mô hình dẫn nhiệt cho các chất lỏng nanô chứa CNTs được đề xuất bởi Walvekar và cộng sự [89], Patel và cộng sự [92], Murshed và cộng sự [88], Xing và cộng sự [93]. Tuy nhiên, các mô hình này được xây dựng cho chất lỏng nền một thành phần có chứa CNTs. Tuy nhiên, một mô hình mới để dự đoán độ dẫn nhiệt của chất lỏng nanô đa thành phần chứa CNTs vẫn chưa được phát triển. Sau đây, luận án sẽ trình bày một mô hình dẫn nhiệt có tính đến ảnh hưởng của kích thước, tỷ lệ thể tích và độ dẫn nhiệt của CNTs, cũng như các đặc tính của từng thành phần trong chất lỏng hỗn hợp. Dữ liệu thực nghiệm sau đó sẽ được sử dụng để đánh giá độ tin cậy của mô hình.