Инженеры разрабатывают поверхности, которые заставляют воду кипеть более эффективно

Инженеры разрабатывают поверхности, которые заставляют воду кипеть более эффективно

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 Исследователи do MIT descobriram agora uma técnica para fazer exatamente isso.

Инженеры использовали комбинацию трех разных типов модификации поверхности в разных масштабах. Теплоотдачу при кипении в первую очередь оценивают по критическому тепловому потоку (КТР) и коэффициенту теплопередачи (КТК).

Все, что улучшает один из этих критериев, имеет тенденцию ухудшать другой в дизайне материалов, поскольку обычно это компромисс между ними. Тем не менее, оба имеют решающее значение для эффективности системы. После многих лет работы команда обнаружила способ одновременного улучшения обеих характеристик благодаря смешиванию различных текстур, нанесенных на поверхность материала.

Окончил MIT Youngsup Song Ph.D. 21 сказал, «Оба параметра важны, но улучшить их вместе сложно, потому что они имеют внутренний компромисс. Причина в том, что если у нас много пузырьков на поверхности кипения, это означает, что кипение очень эффективно. Тем не менее, если у нас на поверхности много пузырьков, они могут сливаться, образуя паровую пленку над кипящей поверхностью».

«Эта пленка устойчива к передаче тепла от горячей поверхности к воде. Если у нас есть пар между поверхностью и водой, это снижает эффективность теплопередачи и снижает значение CHF».

Большинство компонентов этой новой обработки поверхности уже изучены, но эта новая работа впервые показывает, что эти методы можно комбинировать для преодоления компромисса между двумя конкурирующими параметрами.

Образование пузырей на поверхности можно контролировать, добавляя несколько полостей или вмятин микромасштаба. Это эффективно улавливает пузырьки в местах вмятин и не дает им растекаться по термостойкому покрытию. Чтобы предотвратить проявление пленки, инженеры, участвовавшие в этом исследовании, сделали ряд вмятин шириной 10 микрометров каждая, отстоящих друг от друга примерно на 2 миллиметра.

No entanto, essa separação também reduz a concentração de bolhas na superfície, o que pode diminuir a eficiência de ebulição. Para compensar isso, os ученые 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 ученые 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.

Песня сказала, ) «В сочетании три «слоя» текстуры поверхности — разделение полостей, штифты и наноразмерное текстурирование — обеспечивают значительно повышенную эффективность процесса кипения».

«Эти микрополости определяют положение, в котором появляются пузырьки. Но, разделяя эти полости на 2 миллиметра, мы разделяем пузырьки и минимизируем слияние пузырьков».

«Хотя их работа подтвердила, что комбинация этих типов обработки поверхности может работать и достигать желаемых эффектов, эта работа была выполнена в небольших лабораторных условиях, которые нельзя было легко масштабировать до практических устройств. Эти структуры, которые мы создаем, не должны масштабироваться в их нынешнем виде, они использовались для доказательства того, что эта система может работать. Следующим шагом будет поиск альтернативных способов создания этих типов текстур поверхности, чтобы эти методы можно было легко масштабировать до практических размеров».

«Показать, что мы можем контролировать поверхность таким образом для улучшения, — это первый шаг. Поэтому следующий шаг — подумать о более масштабируемых подходах».

Ван сказал, «Могут быть некоторые важные небольшие приложения, которые могли бы использовать этот процесс в его нынешнем виде, например, управление температурой электронных устройств, область, которая становится все более важной по мере того, как полупроводниковые устройства становятся меньше, а управление их тепловыделением становится все больше и больше. более важный."

«Там есть место, где это важно».

Ссылка на дневник:

  1. Янгсуп Сонг и др. Трехуровневые иерархические структуры для обеспечения теплопередачи при экстремальном кипении в плавательных бассейнах. 20 июня 2022 г .; Современные материалы. DOI: 10.1002/adma.202200899

Похожие сообщения

Оставить комментарий

ошибка: