A tudósok megtalálták a módját az energiamegtakarításnak és a víz hatékonyabb felforralásának

A vizet sokat forralnak – legyen szó akár egy csésze teáról, amelyet a konyhában vagy az erőműben főznek. A folyamat hatékonyságának bármilyen javulása jelentős hatással lesz a naponta felhasznált energia teljes mennyiségére.

Az egyik ilyen javulás jöhet a vízmelegítésre és párologtatásra használt felületek újonnan kifejlesztett kezelésével. A feldolgozás két fő paramétert javít, amelyek meghatározzák a forrási folyamatot: a hőátbocsátási tényezőt (HTC) és a kritikus hőáramot (CHF).

Legtöbbször kompromisszum van a kettő között – a jobb, a rosszabb a másik. Évekig tartó keresés után a technika mögött meghúzódó keresőkifejezés megtalálta a módját, hogy mindkettőt javítsa.

„Mindkét paraméter fontos, de a két paraméter együttes optimalizálása nehézkes, mert van egy belső kompromisszum” Yongsap Song bioinformatikus tudós mondja A kaliforniai Lawrence Berkeley Nemzeti Laboratóriumból.

„Ha sok buborék van a forrásfelületen, akkor a forrás nagyon hatékony, de ha túl sok buborék van a felületen, akkor összeolvadhatnak, ami páraréteget képezhet a forrásfelület felett.”

A forró felület és a víz közötti páraréteg ellenállást mutat, ami csökkenti a hőátadási hatékonyságot és a CHF értéket. A probléma megkerülésére a kutatók három különböző típusú felületmódosítást dolgoztak ki.

Először egy sor mikrotubulust adunk hozzá. Ez a 10 µm szélességű, egymástól körülbelül 2 mm-re elhelyezett csövek csoportja szabályozza a buborékképződést, és rögzítve tartja a buborékokat az üregekben. Ez megakadályozza a gőzfilm kialakulását.

Ugyanakkor csökkenti a buborékok koncentrációját a felületen, ami csökkenti a forralás hatékonyságát. Ennek megoldására a kutatók egy kisebb léptékű kezelést vezettek be második módosításként, amely csak nanométer méretű kiemelkedéseket és éleket ad hozzá az üreges csövek felületéhez. Ez növeli a rendelkezésre álló felületet és növeli a párolgási sebességet.

Végül mikroüregeket helyeztek el az anyag felületén egy sor oszlop közepén. Ezek a csóvák nagyobb felület hozzáadásával felgyorsítják a folyadékelszívási folyamatot. Ezzel együtt a forralás hatékonysága jelentősen megnő.

(Song et al.)

Fent: A kutatók által lelassított videó azt mutatja, hogy egy speciálisan kezelt felületen felforr a víz, amely meghatározott külön pontokon buborékok képződését okozza.

Mivel a nanostruktúrák a buborékok alatt is elősegítik a párolgást, és az oszlopok állandó folyadékellátást biztosítanak a buborék alapjához, a forrásfelület és a buborékok között vízréteg tartható fenn – ami elősegíti a maximális hőáramlást.

„Az első lépés annak bemutatása, hogy képesek vagyunk ily módon manipulálni a felületet az optimalizálás érdekében.” Evelyn Wang gépészmérnök azt mondja: a Massachusetts Institute of Technology-tól. „Akkor a következő lépés a skálázhatóbb megközelítések kidolgozása.”

„Az általunk készített ilyen típusú struktúrák nem a jelenlegi formájukra méretezhetők.”

Nem lesz túl könnyű áthelyezni a munkát egy kisméretű laborból egy kereskedelmi iparban használható dologba, de a kutatók biztosak benne, hogy ez megtehető.

Az egyik kihívás az, hogy megtaláljuk a felületi textúra és a három „szintű” beállítási módot. A jó hír az, hogy különböző módszereket lehet felfedezni, és az eljárásnak különböző típusú folyadékoknál is működnie kell.

„Az ilyen jellegű részletek megváltoztathatók, és ez lehet a következő lépésünk” énekelt mondja.

A keresést ben tették közzé fejlett anyagok.