جامعة الملك فهد: إنجاز علمي يزيد خاصية النقل للمبادلات الحرارية

تمكن فريق بحثي علمي في قسمي الهندسة الكيميائية والهندسة الميكانيكية بجامعة الملك فهد للبترول والمعادن من تحقيق إنجاز علمي بزيادة الخصائص الحرارية للمبادلات الحرارية.
وأوضح قائد الفريق البحثي الدكتور معتز علي عطية أن فكرة البحث تتلخص في إنتاج سوائل نانونية تتكون من الماء، ونوعين من الأنابيب الكربونية النانونية المعدلة كيميائيًا والمطعمة بذرات معدنية ذات خصائص حرارية، حيث تم تعديل أسطح الأنابيب الكربونية المتناهية الصغر ببعض المجموعات الوظيفية الكيميائية، التي لها القدرة على تحويل الأنابيب الكربونية المتناهية الصغر من مواد لا تذوب في الماء إلى مواد ذائبة كليًا في الماء.
وقال: في خطوة أخرى تم تطعيم الأنابيب الكربونية المتناهية الصغر بأنواع متعددة من ذرات أكاسيد المعادن، والتي تمتاز بخاصية النقل الحراري، وتم تحضيرها باستخدام طريقة الاشباع الرطب، ولتمييز المجموعات الوظيفية وذرات أكاسيد المعادن على أسطح الأنابيب الكربونية المتناهية الصغر، تم استخدام مطياف الأشعة تحت الحمراء (FTIR)، وتقنيات التحليل الحرارية (TGA)، وتقنية المجهر الإلكترني الماسح (SEM)، والمجهر الإلكتروني الطبقي (TEM). وللحصول على أكبر قدر من توزيع الأنابيب الكربونية المتناهية الصغر المعدلة كيميائيًا والمطعمة بذرات أكاسيد الحديد، تم استخدام الموجات الاهتزازية ذات الترددات الاهتزازية العالية باستخدام جهاز (Prop Ultra Sound) بهدف زيادة عملية تشتيت الدقائق الصلبة النانونية داخل الماء، والحصول على سائل متجانس، ومشبع ومذاب فيه الأنابيب الكربونية المتناهية الصغر.
واستطرد د. عطية قائلاً: تمتاز هذه السوائل المذابة فيها الأنابيب الكربونية المتناهية الصغر المعدلة كيميائيًا بدرجة عالية من التجانس والاستقرار لفترة طويلة تصل لأكثر من شهرين، ولها القدرة على تحسين الخصائص الحرارية، وزيادة فعالية عملية التبادل الحراري في المبادلات الحرارية المختبرية، حيث تم تصميم وتصنيع مبادل حراري في مختبرات الهندسة الكيميائية لهذا الغرض.
وبيّن أنه تم إجراء تجارب عملية مكثفة على هذا المبادل الحراري، وأظهرت النتائج المخبرية زيادة كبيرة في عملية التبادل الحراري في المبادلات الحرارية وصلت لأكثر من 40% مقارنة بالماء العادي الذي لا يحتوي على هذه الجزيئيات النانوية.
وأضاف بأنه من المتوقع أن يكون لهذه السوائل المشبعة فيها الأنابيب الكربونية المتناهية الصغر المعدلة كيميائيًا تطبيقات واسعة في الصناعات الكيميائية والبترولية والإلكترونية من خلال تصميم معدات تبادل حراي ذات حجم صغير، وذات خاصية نقل حراري عالٍ جدًا مقارنة بالموجود حاليًا، توفير الطاقة وتقليل كلفة الضخ، وزيادة كفاءة تبريد الأجهزة الإلكترونية.
وأشار إلى أن العمل ما يزال جاريًا لاستخدام هذه الأنابيب الكربونية المتناهية الصغر المعدلة كيميائيًا في تطبيقات متعددة كمحركات السيارات والمكيفات وتطبيقات أخرى.
يذكر أن الفريق العلمي ضم كُلاًّ من الدكتور معتز علي عطية من قسم الهندسة الكيميائية، الدكتور رشاد بن منصور من قسم الهندسة الميكانيكية، والطالب أسامة عوض بن دحمان طالب الماجستير في قسم الهندسة الكيميائية.