Caracterização de nanofluidos usando análise multifractal de um traço de gotícula líquida

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 11111 (2022) Citar este artigo

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O artigo apresenta uma abordagem inovadora para a análise de nanofluidos usando um algoritmo multifractal não linear. A pesquisa realizada envolveu nanofluidos preparados a partir de nanopartículas de SiO2 (~ 0,01 g) suspensas em 100 ml de água desmineralizada e em 100 ml de isopropanol 99,5%. Posteriormente, os nanofluidos foram submetidos a métodos convencionais de caracterização, tais como: determinação do ângulo de contato, determinação do potencial zeta, pH e análise granulométrica. Os resultados obtidos mostram que o nanofluido preparado é estável em termos de aglomeração ao longo do tempo (suspensão de nanofluido) e devidamente preparado em termos de dissolução e dispersão de partículas de pó. Os autores, analisando os resultados dos métodos apresentados para a caracterização de nanofluidos, propuseram uma análise multifractal, que permite descrições locais detalhadas do comportamento de escalonamento complexo, usando um espectro de expoentes de singularidade. Análises não lineares mostram que o uso do algoritmo multifractal para nanofluidos pode melhorar o processo de análise da qualidade do fluido e sua preparação com base no espectro multifractal.

A mecânica dos fluidos desempenha um papel extremamente importante em muitas áreas da indústria, da vida e da ciência. Um sério desafio que o mundo atual enfrenta é melhorar a qualidade dos fluidos, resultando na criação de nanofluidos – fluidos com nanopartículas suspensas. Os nanofluidos, caracterizados por um aumento significativo nas propriedades do fluido, incluindo condutividade térmica, estabilidade a longo prazo, homogeneidade, etc. em comparação com o fluido de engenharia convencional1, servem em várias aplicações de engenharia, por exemplo, meios porosos2,3 , etc. No entanto, o processo de preparação desse tipo de fluido pode ser desafiador (a aglomeração é um grande problema na síntese de nanofluidos4) e ainda mais, o processo permite verificar a qualidade do nanofluido obtido. Os principais métodos pelos quais os nanofluidos são produzidos são o método de duas etapas ou de uma etapa. O método de uma etapa é um processo que combina a produção de nanopartículas com a síntese de nanofluidos. As nanopartículas são produzidas pelo método direto pela técnica de deposição física de vapor (PVD) ou nanopartículas de condensação da fase de vapor em um líquido de baixa pressão de vapor (VEROS) ver5. O trabalho6 é dedicado ao método desenvolvido de Condensação por Evaporação Direta que fornece excelente controle sobre o tamanho das nanopartículas e produziu um nanofluido estável sem o uso de quaisquer aditivos. O método de duas etapas é o método mais utilizado para a produção de nanofluidos. Consiste na aquisição antecipada de nanopartículas por outros métodos e, na segunda etapa, o nanopó é distribuído no líquido usando vários métodos, incluindo agitação por força magnética7,8,9, agitação ultrassônica, mistura de alto cisalhamento, homogeneização10 e bola moagem.

A estabilidade dos nanofluidos é muito importante por razões práticas. O potencial impacto econômico e social está relacionado ao papel das nanopartículas como modificadores especiais para fluidos de uma gama potencialmente muito ampla de aplicações (transferência de calor: resfriamento do motor/gerenciamento térmico do veículo, redução da temperatura dos gases de combustão da caldeira, trocador de calor, microeletrônica etc.). Em aplicações de transferência de calor, o coeficiente de difusão das partículas é diretamente proporcional à temperatura do fluido. Um alto coeficiente de difusão significa mais colisões de partículas e uma maior chance de agregação de partículas. Aplicações de alta temperatura requerem cuidados adicionais para suprimir a instabilidade do nanofluido. Em sistemas de distribuição de drogas, a sedimentação ou agregação indesejável de partículas pode afetar o fluxo de nanofluidos através do canal. A estabilidade dos nanofluidos é fortemente dependente das propriedades das partículas suspensas e do fluido base, como a morfologia das partículas, a estrutura química das partículas e o fluido alcalino11. Outro parâmetro chave na obtenção de não fluidos estáveis ​​é o controle do pH, conforme mencionado em 12,13.