Naslovnica SCI-TECH Kuhani mjehurići skaču kako bi prenijeli više topline

Kuhani mjehurići skaču kako bi prenijeli više topline

72
0

Voda je često glavni izvor za prijenos topline, a koristi se u velikim operacijama hlađenja poput podatkovnih centara koji napajaju internet i nuklearnih elektrana koje napajaju gradove. Otkrivanje dinamičkih fenomena kako bi prijenos topline na bazi vode bio energetski i isplativiji je stalni rad Jonathana Boreyka, vanrednog profesora i John R. Jones III Fakulteta za mašinstvo.

Boreyko i njegov tim su obimno objavljivali na temu vode i načina na koji se ona može kretati, a članovi njegove laboratorije za tekućine i sučelja inspirirane prirodom proizvode kapljice vode koje skaču potaknute površinskom napetosti i mrazom koji skače pomoću elektrostatike. Uključujući dvije faze tečne i čvrste u prva dva volumena, njihov treći volumen istražuje treću fazu s kipućom vodom.

“Tokom mog doktorskog istraživanja na Univerzitetu Duke, otkrio sam skakanje kapljica vode”, rekao je Boreyko. “Deceniju kasnije, moj student diplomskog studija otkrio je skakanje leda tokom svog istraživanja o rastu mraza. To me je natjeralo da završim trofaznu “trilogiju” za skakanje vode, što smo ovdje postigli ovim radom o skakanju mehurića tokom ključanja vode. vode. Kada mi je Hyunggon pokazao prve video snimke ovih skakaćih mehurića koji upotpunjuju trilogiju, nepotrebno je reći, skakao sam od uzbuđenja.”

Postdiplomski student Hyunggon Park kreirao je mikrostrukturirani kotao koji je sposoban da ispušta mehuriće jedne desetine uobičajene veličine, razmještajući stalnu salvu mjehurića za prenos energije. Rezultat je efikasnija metoda uklanjanja topline sa površine. Studija je objavljena u Napredni funkcionalni materijali.

Nadogradnja na ključanje

Kuhanje je najefikasniji način kontinuiranog prijenosa topline kroz vodu. Ako ključanje ostane konstantno, ostaje i odlazak energije. Energija se prenosi u mjehurićima, poput sfernih automobila koji prevoze topline putnika. Ti mjehurići obično odlaze kada njihova vlastita uzgona postane jača od površinske adhezije, uzrokujući da se podignu na površinu i oslobode energiju.

Nova metoda Parka i Boreyka unapređuje se na tom principu čineći flotu mjehurastih automobila manjom i brojnijom. Zbog stalnog odlaska mehurića, odlazi i više energetskih putnika. Mjehurići ne čekaju sopstvenu plovnost da obavi posao, već brže skaču sa zagrijane površine. Budući da su mjehurići također mikroskopski mali, tim je riješio kvar do kojeg dolazi s većim mjehurićima i zaustavljanjem uklanjanja topline.

„Uobičajeno, uzgon odvaja ove površinske mehuriće kada su milimetarski u prečniku, omogućavajući im da pobegnu i odnesu toplotu kao paru“, rekao je Borejko. “Kada ključaju na višim temperaturama, ovi veliki površinski mjehurići se spajaju i formiraju neprekidni film pare. Ovaj film izolira tekućinu od vruće površine, uzrokujući prekid prijenosa topline.”

Inženjering na nivou površine

Tajna metode tima nalazi se u projektovanim površinama koje su kreirali. Izradom niza mikro-šupljina na površini ključanja, mjehurići se prvenstveno formiraju i rastu unutar šupljina. Parovi šupljina su namjerno postavljeni vrlo blizu, uzrokujući spajanje susjednih mjehurića neobično malih veličina. Pri tako malim veličinama, sila površinske napetosti je vrlo jaka, što uzrokuje da mjehurići iskaču s površine dok se spajaju. U slučaju data centra, brže uklanjanje toplote sa površine moglo bi značiti razliku između uobičajenog poslovanja i skupog zastoja.

Na mnogo načina, ovaj efekat skakanja mjehurića je vrlo sličan skakanju kapljica rose koje je prethodno otkrio Boreyko. Upotreba površinske napetosti pokazala se vrijednom u oba slučaja, ali dodatni faktor topline donosi novu dinamiku u sliku.

Sastavljajući te delove zajedno, Boreyko očekuje da će fenomen skakanja biti praktičniji kada se pronađe široka primena za hlađenje i prenos toplote.

“Da bi kapljice skočile, površini je potreban hidrofobni premaz i ultra-male nanostrukture, a obje su krhke i skupe”, objašnjava Boreyko. “Nasuprot tome, mjehurići preferiraju skakanje na hidrofilnoj površini, što omogućava korištenje neobloženih metala. Također, mikro šupljine potrebne za skakanje mehurića su mnogo veće i izdržljivije od nanostruktura potrebnih za skakanje kapljica.”

Ovaj projekat postavlja dublju osnovu za razumijevanje mehanike fluida efekta skakajućeg balona. Sljedeći korak je mjerenje poboljšanog prijenosa topline kroz ključanje, mapirano u širokom rasponu temperatura i geometrije površine, kako bi se steklo bolje razumijevanje punog potencijala ključanja pojačanog skokom.


Izvor: www.sciencedaily.com


Pratite nas na Facebook-u | Twitter-u | YouTube-u

WPAP (8847)