Bilim adamları enerji tasarrufu yapmanın ve suyu daha verimli bir şekilde kaynatmanın bir yolunu buldular

Su çok kaynar – ister mutfakta ister elektrik santralinde demlenmiş bir fincan çay olsun. Bu sürecin verimliliğindeki herhangi bir iyileştirme, her gün kullanılan toplam enerji miktarı üzerinde önemli bir etkiye sahip olacaktır.

Böyle bir gelişme, su ısıtma ve buharlaştırma için kullanılan yüzeylerin yeni geliştirilmiş bir işlemiyle gelebilir. İşleme, kaynama sürecini tanımlayan iki temel parametreyi iyileştirir: ısı transfer katsayısı (HTC) ve kritik ısı akışı (CHF).

Çoğu zaman, ikisi arasında bir değiş tokuş vardır – biri daha iyi, diğeri daha kötü. Yıllarca araştırma yaptıktan sonra, bu tekniğin arkasındaki arama terimi, her ikisini de geliştirmenin bir yolunu buldu.

“Her iki parametre de önemlidir, ancak her iki parametreyi birlikte optimize etmek biraz zordur çünkü içsel bir ödünleşimleri vardır.” Biyoinformatik bilimcisi Yongsap Song diyor ki California’daki Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı’ndan.

“Kaynayan yüzeyde çok fazla kabarcık varsa, kaynama çok verimlidir, ancak yüzeyde çok fazla kabarcık varsa, kaynaşabilir, bu da kaynama yüzeyinin üzerinde bir buhar tabakası oluşturabilir.”

Sıcak yüzey ile su arasındaki herhangi bir buhar filmi, ısı transfer verimini ve CHF değerini azaltan direnç gösterir. Bu sorunu aşmak için araştırmacılar üç farklı yüzey modifikasyonu türü tasarladılar.

İlk olarak, bir dizi mikrotübül eklenir. Yaklaşık 2 mm aralıklı 10 µm genişliğindeki bu tüp grubu, kabarcık oluşumunu kontrol eder ve kabarcıkları boşluklarda sabit tutar. Bu, bir buhar filminin oluşmasını önler.

Aynı zamanda yüzeydeki kabarcık konsantrasyonunu azaltarak kaynama verimini düşürür. Bunu ele almak için araştırmacılar, içi boş tüplerin yüzeyine yalnızca nanometre boyutunda çıkıntılar ve kenarlar ekleyerek ikinci bir modifikasyon olarak daha küçük ölçekli bir tedavi uyguladılar. Bu, mevcut yüzey alanını arttırır ve buharlaşma oranlarını arttırır.

Son olarak, malzemenin yüzeyindeki bir dizi kolonun ortasına mikro boşluklar yerleştirildi. Bu tüyler, daha fazla yüzey alanı ekleyerek sıvı çekme sürecini hızlandırır. Kombine olarak, kaynama verimliliği önemli ölçüde artar.

(Şarkı ve ark.)

Yukarıda: Araştırmacılar tarafından yavaşlatılan bir video, özel olarak işlenmiş bir yüzeyde kaynayan suyun belirli noktalarda kabarcıkların oluşmasına neden olduğunu gösteriyor.

Nanoyapılar ayrıca kabarcıkların altında buharlaşmayı desteklediğinden ve kolonlar balonun tabanına sabit bir sıvı beslemesi sağladığından, kaynayan yüzey ile kabarcıklar arasında maksimum ısı akışını destekleyen bir su tabakası korunabilir.

“Optimizasyon elde etmek için yüzeyi bu şekilde manipüle etme yeteneğimizi göstermek ilk adımdır,” Makine Mühendisi Evelyn Wang diyor ki: Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nden. “O zaman bir sonraki adım, daha ölçeklenebilir yaklaşımlar düşünmektir.”

“Yaptığımız bu tür yapıların mevcut formlarına ölçeklenmesi amaçlanmamıştır.”

İşleri küçük ölçekli bir laboratuvardan ticari endüstrilerde kullanılabilecek bir şeye taşımak çok kolay olmayacak, ancak araştırmacılar bunun yapılabileceğinden eminler.

Zorluklardan biri, yüzey dokusunu ve ayarlamaların “üç seviyesini” yaratmanın yollarını bulmaktır. İyi haber şu ki, keşfedilebilecek farklı yöntemler var ve prosedür farklı sıvı türleri için de işe yaramalı.

“Bu tür ayrıntılar değiştirilebilir ve bu bizim bir sonraki adımımız olabilir” şarkı söylüyor.

Arama yayınlandı gelişmiş malzemeler.