ارزيابي تأثير مواد تغييرفازدهنده بهبوديافته با نانو ذرات در بهبود كارايي سيستم كنترل حرارت ماهواره

كارشناسي ارشد

چكيده استقرار ماهواره در فضاي خارج از جو زمين، آن را تحت گراديان‌هاي دمايي شديد قرار مي دهد؛ از اين رو، حفظ و كنترل حرارتي زيرسيستم‌هاي موجود در آن، تحت اين شرايط، اهميت به سزايي دارد. يكي از روش‌هاي نوين كنترل حرارت كه امروزه در بسياري از صنايع به آن پرداخته‌شده، استفاده از مواد تغييرفازدهنده است. ذخيره سازي انرژي حرارتي در اين مواد و به‌واسطه تغيير فاز است. بر اساس اين خاصيت، اين مواد حالت خود را در يك دامنه دمايي مشخص تغيير داده و طي فرآيند و براي طول مدت تغيير حالت، دماي خود را حفظ مي كنند. از اين خاصيت براي كنترل حرارتي در بسياري از سيستم ها مي‌توان بهره برد. انتخاب ماده تغييرفازدهنده مناسب و بهبود خواص حرارتي آن جهت استفاده در زيرسيستم كنترل حرارت ماهواره چالشي است كه در اين پروژه به آن پرداخته شد. دسته مهمي از مواد تغييرفازدهنده، پارافين¬ها هستند. پارافين‌ها ظرفيت حرارتي خوبي دارند، تغيير حجمشان در اثر تغيير فاز خيلي زياد نيست، پديده سوپركولينگ در آن‌ها نادر است، سمي نيستند، قابليت اطمينان بالايي در طول چرخه‌هاي تكرار دارند، در دسترس هستند و تهيه‌شان مقرون‌به‌صرفه است. در نتيجه براي كاربردهايي فضايي مناسبند؛ البته عمدتاً رسانايي حرارتي¬ پاييني دارند كه براي رفع آن راه‌حل‌هاي مختلفي مطرح است. يكي از راه¬ها افزودن نانو مواد ابررسانا همچون گرافن و نانولوله‌هاي كربني است؛ در اين پژوهش كامپوزيت پارافين- هيبريد گرافن_ نانولوله كربني موردبررسي قرارگرفت. پارافين استفاده‌شده هم ان اوكتادكان (C18H38) است كه يك آلكان بلند زنجير با نقطه ذوب حدود 28 تا 30 درجه سلسيوس است كه معمولاً كاربرد آن در مديريت حرارتي باتري¬ها و قطعات الكترونيكي است. نتايج نشان دادند افزودن هيبريد گرافن_ نانولوله كربني تا حدودي باعث افزايش رسانايي حرارتي پارافين مي¬شود، هرچند عمدتاً ظرفيت حرارتي آن را كمي كاهش داده و به نظر مي¬رسد نقطه ذوب (دماي تغيير فاز) را كمي بالا¬تر برده، وبه‌طوركلي تحرك و جنبش اتم¬ها را پايين مي آورد. گرافن و نانولوله كربني با توجه به رسانايي حرارتي بالايي كه دارند، با نظم بخشيدن به مولكول¬هاي پارافين و كريستالي نگه‌داشتن آن‌ها، باعث افزايش رسانايي حرارتي كامپوزيت¬ پارافين-هيبريد گرافن_نانولوله كربني مي¬شوند. كامپوزيت¬ پارافين-هيبريد گرافن_نانولوله كربني در طول گرافن و نانولوله رسانايي حرارتي بيشتري را نسبت به بعدهاي عمود بر نانو افزودني از خود نشان دادند. واژه‌هاي كليدي: ماهواره، سيستم كنترل حرارت، مواد تغييرفازدهنده، نقطه ذوب، پارافين¬، ان اوكتادكان، سوپركولينگ، ذخيره¬سازي انرژي حرارتي، ديناميك مولكولي، نانو افزودني، گرافن، نانولوله كربني، رسانايي حرارتي، ظرفيت حرارتي.

194790

دانشگاه علم و صنعت ايران

دكتر روح الله احمدي

مهندسي فناوري ماهواره

دكتر صادق صادق زاده - دكتر مجيد شهروي