دانشمندان راهی برای صرفه جویی در انرژی و جوشاندن آب موثرتر پیدا کرده اند

آب زیاد جوش می‌آید – چه یک فنجان چای در حال دم کردن در آشپزخانه باشد یا یک نیروگاه برق که برق تولید می‌کند. هر گونه بهبودی در کارایی این فرآیند تأثیر زیادی بر میزان کلی انرژی مصرف شده برای آن در هر روز خواهد داشت.

یکی از این پیشرفت‌ها می‌تواند با درمان جدید توسعه‌یافته برای سطوح درگیر در گرمایش و تبخیر آب باشد. این عملیات دو پارامتر کلیدی را که فرآیند جوشش را تعیین می‌کنند، بهبود می‌بخشد: ضریب انتقال حرارت (HTC) و شار حرارتی بحرانی (CHF).

بیشتر اوقات، یک مبادله بین این دو وجود دارد. یکی بهبود می یابد، دیگری بدتر می شود. پس از سال‌ها بررسی، اصطلاح تحقیقاتی پشت این تکنیک راهی برای تقویت هر دو پیدا کرده است.

“هر دو پارامتر مهم هستند، اما تقویت هر دو پارامتر با هم به نوعی مشکل است، زیرا دارای معاوضه ذاتی هستند.” دانشمند بیوانفورماتیک Youngsup Song از لارنس برکلی می‌گوید آزمایشگاه ملی در کالیفرنیا.

“اگر ما تعداد زیادی حباب روی سطح جوش داشته باشیم، به این معنی است که جوشاندن بسیار کارآمد است، اما اگر حباب‌های زیادی روی سطح داشته باشیم، می‌توانند با هم ترکیب شوند که می‌تواند شکل بگیرد. یک فیلم بخار روی سطح در حال جوش است.”

هر فیلم بخار بین سطح داغ و آب مقاومت ایجاد می کند و راندمان انتقال حرارت و مقدار CHF را کاهش می دهد. برای دور زدن این موضوع، محققان سه نوع مختلف اصلاح سطح را ابداع کردند.

ابتدا، یک سری لوله در مقیاس میکرو اضافه شد. این مجموعه از لوله‌های ۱۰ میکرومتری، با فاصله حدود ۲ میلی‌متر، تشکیل حباب را کنترل می‌کند و حباب‌ها را به حفره‌ها چسبانده نگه می‌دارد. که از تشکیل فیلم بخار جلوگیری می کند.

در عین حال، غلظت حباب ها را روی سطح کاهش می دهد و راندمان جوش را کاهش می دهد. برای مقابله با آن، محققان یک درمان حتی در مقیاس کوچکتر را به عنوان اصلاح دوم معرفی کردند و برجستگی ها و برجستگی هایی را به اندازه نانومتر در سطح لوله های توخالی اضافه کردند. این امر مساحت سطح موجود را افزایش می‌دهد و نرخ تبخیر را افزایش می‌دهد.

در نهایت، حفره‌های ریزمقیاس در مرکز مجموعه‌ای از ستون‌ها روی سطح مواد قرار گرفتند. این ستون‌ها با افزودن سطح بیشتر، فرآیند برداشت مایع را سرعت می‌بخشند. در ترکیب، راندمان جوش به طور قابل توجهی افزایش می یابد.

(آهنگ و همکاران)

بالا: ویدئویی با سرعت کم از راه اندازی محققان نشان می دهد که آب در حال جوشیدن بر روی سطح ویژه ای است که باعث ایجاد حباب در نقاط جداگانه خاص می شود.

از آنجایی که نانوساختارها تبخیر زیر حباب ها را نیز افزایش می دهند، و ستون ها منبع ثابتی از مایع را به پایه حباب حفظ می کنند، می توان لایه ای از آب را بین سطح در حال جوش و حباب ها حفظ کرد که این امر باعث افزایش حداکثر شار گرما.

“نشان دادن اینکه می‌توانیم سطح را به این روش کنترل کنیم تا بهبود پیدا کنیم، اولین قدم است.” مهندس مکانیک Evelyn Wang از موسسه فناوری ماساچوست می‌گوید. “سپس قدم بعدی این است که در مورد رویکردهای مقیاس پذیرتر فکر کنید.”

“این نوع ساختارهایی که ما می سازیم قرار نیست به شکل فعلی خود مقیاس شوند.”

Taking کار از یک محیط آزمایشگاهی در مقیاس کوچک به چیزی که می تواند در صنایع تجاری استفاده شود آنقدرها هم ساده نخواهد بود، اما محققان مطمئن هستند که می توان آن را انجام داد.

یک چالش این خواهد بود. یافتن راه هایی برای ایجاد بافت های سطحی و سه “لایه” اصلاحات. خبر خوب این است که رویکردهای مختلفی وجود دارد که می‌توان آنها را بررسی کرد، و این روش باید برای انواع مختلف مایعات نیز کارساز باشد.

“این نوع جزئیات را می‌توان تغییر داد، و این می‌تواند قدم بعدی ما باشد. ” می گوید آهنگ.

Advanced Materials منتشر شده است. .