Apa se fierbe mult – fie că este o ceașcă de ceai preparată în bucătărie sau la centrală. Orice îmbunătățiri ale eficienței acestui proces vor avea un impact semnificativ asupra cantității totale de energie utilizată pentru acesta în fiecare zi.
O astfel de îmbunătățire ar putea veni cu un tratament nou dezvoltat al suprafețelor utilizate pentru încălzirea și evaporarea apei. Prelucrarea îmbunătățește doi parametri cheie care definesc procesul de fierbere: coeficientul de transfer de căldură (HTC) și fluxul critic de căldură (CHF).
De cele mai multe ori, există un compromis între cele două – cu cât unul este mai bun, cu atât mai rău celălalt. După ani de căutare, termenul de căutare din spatele acestei tehnici a găsit o modalitate de a le îmbunătăți pe ambele.
„Amândoi parametrii sunt importanți, dar optimizarea ambilor parametri împreună este destul de dificilă, deoarece au un compromis intrinsec”, Omul de știință în bioinformatică Yongsap Song spune De la Laboratorul Național Lawrence Berkeley din California.
„Dacă avem multe bule pe suprafața de fierbere, atunci fierberea este foarte eficientă, dar dacă avem prea multe bule la suprafață, acestea se pot topi, ceea ce ar putea forma un strat de vapori deasupra suprafeței de fierbere”.
Orice peliculă de vapori între suprafața fierbinte și apă prezintă rezistență, ceea ce reduce eficiența transferului de căldură și valoarea CHF. Pentru a rezolva această problemă, cercetătorii au conceput trei tipuri diferite de modificare a suprafeței.
Mai întâi, se adaugă o serie de microtubuli. Acest grup de tuburi cu lățimea de 10 µm, distanțate la aproximativ 2 mm, controlează formarea bulelor și menține bulele fixate în cavități. Acest lucru previne formarea unei pelicule de vapori.
În același timp, reduce concentrația de bule la suprafață, ceea ce reduce eficiența fierberii. Pentru a rezolva acest lucru, cercetătorii au introdus un tratament la scară mai mică ca a doua modificare, adăugând doar proeminențe și margini de dimensiuni nanometrice în suprafața tuburilor goale. Aceasta mărește suprafața disponibilă și crește ratele de evaporare.
În final, micro-cavități au fost plasate în centrul unei serii de coloane de pe suprafața materialului. Aceste penuri accelerează procesul de extragere a fluidului adăugând mai multă suprafață. Combinat, randamentul de fierbere crește semnificativ.
Mai sus: Un videoclip încetinit de cercetători arată apa care fierbe pe o suprafață special tratată, provocând formarea de bule în anumite puncte separate.
Deoarece nanostructurile promovează, de asemenea, evaporarea sub bule, iar coloanele mențin o alimentare constantă cu lichid la baza bulei, un strat de apă poate fi menținut între suprafața de fierbere și bule, ceea ce promovează fluxul maxim de căldură.
„Demonstrarea capacității noastre de a manipula suprafața în acest mod pentru a obține optimizare este primul pas.” Inginerul mecanic Evelyn Wang spune: de la Institutul de Tehnologie din Massachusetts. „Atunci următorul pas este să ne gândim la abordări mai scalabile.”
„Aceste tipuri de structuri pe care le realizăm nu sunt destinate să se extindă în forma lor actuală”.
Mutarea muncii de la un laborator la scară mică la ceva care poate fi folosit în industriile comerciale nu va fi foarte ușor, dar cercetătorii sunt încrezători că se poate face.
O provocare este găsirea unor modalități de a crea textura suprafeței și cele trei „niveluri” de ajustări. Vestea bună este că există diferite metode care pot fi explorate, iar procedura ar trebui să funcționeze și pentru diferite tipuri de fluide.
„Aceste tipuri de detalii pot fi schimbate și acesta ar putea fi următorul nostru pas”, sung spune.
Căutarea a fost publicată în materiale avansate.
„Organizator. Scriitor general. Prieten al animalelor de pretutindeni. Specialist în cultură pop. Expert în internet amator. Explorator.”