Improving the cooling performance of a system is of importance for renewable energy and energy sustainability. Herein as a novel coolant, we present Galinstan-ethylene glycol emulsion having up to a volume fraction φ of 0.1 obtained from an ultrasonication method. We subsequently characterized its properties including emulsion size, density, viscosity, specific heat capacity, and thermal conductivity. For the hydrodynamic characteristics, we observed that the volume fraction φ = 0.01 was the critical value to distinguish the regime of Newtonian and non-Newtonian fluid behaviors (i.e., shear-thinning behaviors). Regarding the thermal properties, we found that the specific heat capacity decreased with increasing φ while density changed linearly. On the contrary, it turns out that overall thermal conductivity increases with φ. In particular, for φ > 0.01, the thermal conductivity increased linearly but for φ < 0.01 it dramatically increased depending on the concentration of galinstan. In this work, we will explain this main reason by taking into account the aggregation of the particles, nanoconvection and interfacial thermal resistance. Finally, we compared the thermophyiscal properties of emulsion with the base fluid using figure of merit (FOM) and showed that the proposed coolant, Galinstan-ethylene glycol emulsion, can be considered as a new working fluid.
시스템의 냉각 성능을 개선하는 것은 신재생 에너지와 지속 가능성에 있어 중요한 요소이다. 본 연구에서는 새로운 냉각수로 Galinstan-ethylene glycol 에멀젼을 제시한다. 초음파 처리법으로 부피 분율(φ)이 0.1 이하인 에멀젼을 만든 뒤, 에멀젼의 크기, 밀도, 점도, 비열 용량 및 열전도율이 측정되었다. 유체역학적 특성의 경우, 임계값 φ = 0.01에서 뉴턴 유체와 비뉴턴 유체의 거동 (전단 박화 거동)이 구별된다. 열적 특성 측정 결과, 에멀젼의 밀도는 선형적으로 증가하지만, 비열용량은 φ가 증가함에 따라 감소한다. 반대로, 전체 열전도율은 φ에 따라 증가한다. φ > 0.01의 경우 열전도율이 선형적으로 증가하지만, φ < 0.01의 경우 Galinstan의 농도에 따라 열전도율이 급격하게 증가한다. 입자의 응집, 나노 대류 및 계면 열 저항을 고려하여 이와 같은 현상의 주요 원인을 설명할 수 있다. 최종적으로 FOM(Figure of Merit)을 통해 에멀젼의 열물리학적 특성을 기반 유체(base fluid)와 비교한 결과, 본 연구에서는Galinstan-ethylene glycol 에멀젼이 냉각수의 작동유체로 활용될 수 있음을 보였다.
