Постоянно варим вода – било то за чай в кухнята или за генериране на електричество в електроцентралата. Ето защо ако подобрим ефективността на този процес, ще окажем съществено влияние върху количеството енергия, което изразходваме ежедневно за подобни цели.
Наскоро бе постигнат прогрес и в това отношение – учени разработиха нов метод за третиране на повърхности, които имат роля в нагряването и изпаряването на вода. Третирането подобрява два ключови параметъра, които определят процеса на варене – коефициент на топлинен трансфер (HTC) и критичен прилив на топлина (CHF).
В повечето случаи единият параметър взима превес над другия. Ако HTC се подобри, то CHF се влошава и обратното. След дългогодишни изследвания изследователският екип, отговорен за техниката, откри как да подобри и двата едновременно.
„И двата параметъра са важни, но едновременното им подобрение е трудно нещо“, казва биоинформатикът Янгсуп Сон от националната лаборатория „Лорънс Бъркли“ в Калифорния.
„Ако имаме множество мехурчета по кипналата повърхност, това означава, че варенето е изключително ефективно. Тогава обаче те могат се слеят и да доведат до образуването на парен слой по кипящата повърхност.“
Какъвто и да е парен слой между горещата повърхност и водата предизвиква съпротивление и намалява коефициента на топлинен трансфер и стойността на CHF. За да се преборят с този проблем, изследователите създават три различни вида повърхностни модификации.
Първо, добавят поредица от микротръбички с диаметър 10 микрометра. Те са поставени на разстояние от 2 мм една от друга и контролират формирането на мехурчета (и ги задържат в кухините). Това пречи на формирането на парен слой.
Същевременно обаче това намалява концентрацията на мехурчета по повърхността, което от своя страна намалява ефективността на варенето. Ето защо изследователите добавят малки грапавини (няколко нанометра) по повърхността на кухите тръбички. Това увеличава повърхностната площ и подпомага изпарението.
Накрая учените създават кухини в центъра на поредица от стълбчета – те ускоряват процесите на извличане на течността, като добавят по-голяма повърхностна площ. Така се увеличава значително и ефективността на самото варене.
Ето как изглежда новата повърхност, създадена от специалистите. Източник: Song et al.
Тъй като наноструктурите подпомагат изпарението под мехурчетата, а стълбчетата предоставят постоянен поток от течност до основата им, между кипящата повърхност и мехурчетата може да се поддържа постоянен пласт вода, който подобрява критичния прилив на топлина.
„Показахме, че по този начин можем да контролираме и подобрим повърхността. Това е първата стъпка“, казва механичният инженер Евелин Уанг от Масачузетския технологичен институт. Следващата цел на учените е да използват знанията си, за да създадат продукт от този тип, който може да бъде използван в комерсиалните индустрии.
Изследването е публикувано в Advanced Materials.
Източник: Science Alert
