Nanoscale materials for increasing the performance of cooling systems

用于提高冷却系统性能的纳米材料

基本信息

  • 批准号:
    571010-2021
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 3.64万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Alliance Grants
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2021-01-01 至 2022-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

A cooling system is essential for preserving the functional integrity of various technologies including: internal combustion engines, mining equipment, electric vehicles, and computers. In a liquid cooling system, fluid is circulated in a network of tubes that extracts heat from the device using convective heat transfer. Fluid is propelled within the tubes using a pump, and heat is expelled from the system using a radiator. This project will carry out proof-of-concept experimentation to develop a nanoscale material that reduces the energy consumed by the pump and improve the overall efficiency of the cooling system.The pump in a cooling system consumes energy to overcome the fluid friction generated by the turbulent flow within the tubes. The size of the turbulent eddies range from large (comparable to the tube diameter) to very small (micrometers in size). It has been shown that certain nanoscale materials can damp the smaller turbulent eddies, thus reducing the fluid friction. However, mitigating turbulence can adversely affect convective heat transfer of the flow, making it difficult to remove the unwanted thermal energy from the device. Therefore, to increase the overall performance of the cooling system, the nanoscale materials must be optimized for both reducing fluid friction and preserving the heat-transfer properties of existing coolant fluids.To achieve this goal, we will develop a flow loop that simulates a standard cooling system of a vehicle. We will evaluate the performance of various nanostructured materials by measuring the required pumping power and their cooling capabilities in this system. Additional material characterization and optimization will also be carried out by measuring pressure losses and heat transfer in a turbulent channel flow. The outcome of this project is nanostructured material for coolant fluids that can be used to improve the efficiency of cooling systems used in combustion vehicles, electric vehicles, heavy industrial equipment and electronics.
冷却系统对于保留各种技术的功能完整性至关重要,包括:内燃机,采矿设备,电动汽车和计算机。在液体冷却系统中,流体被循环在管网络中,该网络使用对流传热从设备中提取热量。使用泵在管中推动流体,并使用散热器从系统中排出热量。该项目将进行概念验证实验,以开发一种纳米级材料,以减少泵的消耗能量并提高冷却系统的整体效率。冷却系统中的泵会消耗能量来克服管子内湍流产生的流体摩擦。湍流涡流的尺寸范围从大(与管直径相当)到很小的(尺寸的微米)。已经表明,某些纳米级材料会湿润较小的湍流涡流,从而减少流体摩擦。但是,缓解湍流可能会对流动的对流传热产生不利影响,从而难以从设备中去除不需要的热能。因此,为了提高冷却系统的整体性能,必须优化纳米级材料,以减少流体摩擦并保留现有冷却液的热量转移特性。为了实现此目标,我们将开发一个流动环,以模拟车辆的标准冷却系统。我们将通过测量该系统中所需的泵送功率及其冷却能力来评估各种纳米结构材料的性能。其他材料表征和优化也将通过测量压力损失和湍流流量中的热传递来进行。该项目的结果是冷却液液体的纳米结构材料,可用于提高燃烧车,电动汽车,重工具和电子产品的冷却系统的效率。

项目成果

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知道了