מהנדסים מתכננים משטחים שגורמים למים לרתוח ביעילות רבה יותר

מהנדסים מתכננים משטחים שגורמים למים לרתוח ביעילות רבה יותר

A ebulição é um processo eficaz de transferência de energia com utilidade substancial em aplicações energéticas. Sistemas que aquecem e evaporam água poderiam consumir muito menos energia se fossem mais eficientes. Com a ajuda de um tratamento de superfície cuidadosamente projetado para os materiais utilizados nesses sistemas, os חוקרים do MIT descobriram agora uma técnica para fazer exatamente isso.

מהנדסים השתמשו בשילוב של שלושה סוגים שונים של שינויים פני השטח בקני מידה שונים. העברת חום רותח מוערכת בעיקר על ידי שטף חום קריטי (CHF) ומקדם העברת חום (HTC).

כל דבר שמשפר את אחד מהקריטריונים הללו נוטה להחמיר את השני בעיצוב החומרים, מכיוון שבדרך כלל מדובר בפשרה בין השניים. עם זאת, שניהם חיוניים ליעילות המערכת. לאחר שנים של עבודה, הצוות גילה טכניקה לשיפור שני המאפיינים בו זמנית, הודות לערבוב טקסטורות שונות המיושמות על פני השטח של החומר.

בוגר MIT Youngsup Song Ph.D. '21 אמר, "שני הפרמטרים חשובים, אבל שיפור שני הפרמטרים יחד הוא מסובך כי יש להם פשרה מהותית. הסיבה היא שאם יש לנו הרבה בועות על פני הרתיחה, זה אומר שהרתיחה מאוד יעילה. ובכל זאת, אם יש לנו הרבה בועות על פני השטח, הן יכולות להתלכד וליצור סרט אדים על פני השטח הרותחים".

"סרט זה עמיד בפני העברת חום מהמשטח החם למים. אם יש לנו קיטור בין פני השטח למים, זה מונע יעילות העברת חום ומוריד את ערך CHF".

רוב המרכיבים של טיפול פני השטח החדש הזה כבר נחקרו, אבל העבודה החדשה הזו היא הראשונה להראות שניתן לשלב שיטות אלה כדי להתגבר על הפשרה בין שני הפרמטרים המתחרים.

ניתן לשלוט על שלפוחיות על משטח על ידי הוספת חללים מרובים או שקעים בקנה מידה מיקרו. זה למעשה לוכד את הבועות במקומות השקעים ומונע מהן להתפשט לציפוי עמיד בחום. כדי למנוע מהסרט להתפתח, המהנדסים במחקר זה יצרו סדרה של שקעים, כל אחד ברוחב 10 מיקרומטר ומופרדים בכ-2 מילימטרים.

No entanto, essa separação também reduz a concentração de bolhas na superfície, o que pode diminuir a eficiência de ebulição. Para compensar isso, os מדענים aplicaram um tratamento de superfície em uma escala muito menor, produzindo pequenas saliências e sulcos na escala nanométrica, aumentando a área de superfície e acelerando a taxa de evaporação sob as bolhas.

Nos experimentos, os מדענים criaram cavidades nos centros de uma série de pilares na superfície do material. Esses pilares, combinados com nanoestruturas, promovem a absorção do líquido da base para o topo, potencializando o processo de ebulição, proporcionando mais superfície exposta à água.

שיר אמר, )"בשילוב, שלוש ה"שכבות" של מרקם פני השטח - הפרדת חללים, סיכות ומרקם ננומטרי - מספקות יעילות משופרת מאוד לתהליך הרתיחה."

"המיקרו-חללים האלה מגדירים את המיקום שבו מופיעות הבועות. אבל על ידי הפרדת החללים הללו ב-2 מילימטרים, אנו מפרידים את הבועות ומצמצמים את התלכדות הבועות".

"בעוד שהעבודה שלהם אישרה שהשילוב של סוגים אלה של טיפולי משטח יכול לעבוד ולהשיג את ההשפעות הרצויות, העבודה הזו נעשתה בתנאי מעבדה בקנה מידה קטן שלא יכלו להתאים בקלות להתקנים מעשיים. המבנים האלה שאנחנו יוצרים לא אמורים להתאים בצורתם הנוכחית, אבל הם שימשו כדי להוכיח שהמערכת הזו יכולה לעבוד. השלב הבא יהיה למצוא דרכים חלופיות ליצור סוגים אלה של טקסטורות פני השטח, כך ששיטות אלו יוכלו להתאים ביתר קלות לממדים פרקטיים".

"להראות שאנחנו יכולים לשלוט על פני השטח בדרך זו לשיפור הוא הצעד הראשון. אז השלב הבא הוא לחשוב על גישות ניתנות להרחבה יותר."

וואנג אמר, "ייתכן שיהיו כמה יישומים משמעותיים בקנה מידה קטן שיכולים להשתמש בתהליך הזה בצורתו הנוכחית, כמו ניהול תרמי של מכשירים אלקטרוניים, תחום שהולך ונהיה חשוב יותר ככל שמכשירי מוליכים למחצה הולכים וקטנים, וניהול תפוקת החום שלהם הופך ליותר ויותר. חשוב יותר."

"יש שם מרחב שבו זה חשוב."

הפניה ליומן:

  1. Youngsup Song et al. מבנים היררכיים תלת-שכבתיים לביצועי העברת חום רותחים קיצוניים בבריכות שחייה. 20 ביוני 2022; חומרים מתקדמים. DOI: 10.1002/adma.202200899

הודעות קשורות

השאר תגובה

שְׁגִיאָה: