- Pentru a ocoli problema, cercetătorii au conceput trei tipuri diferite de modificare a suprafeței.
- Orice peliculă de vapori între suprafața fierbinte și apă introduce rezistență, scăzând eficiența transferului de căldură și valoarea CHF.
- Dacă este o mulțime de bule pe suprafața de fierbere, înseamnă că fierberea este foarte eficientă.
Apa se fierbe foarte des – fie că este vorba de o ceașcă de ceai care se prepară într-o bucătărie sau de o centrală electrică care produce energie electrică. Orice îmbunătățire a eficienței acestui proces va avea un impact uriaș asupra cantității totale de energie utilizată zilnic. O astfel de îmbunătățire ar putea veni cu un tratament nou dezvoltat pentru suprafețele implicate în încălzirea și evaporarea apei. Tratamentul îmbunătățește doi parametri cheie care determină procesul de fierbere: coeficientul de transfer termic (HTC) și fluxul termic critic (CHF).
De cele mai multe ori, există un compromis între cei doi – pe măsură ce unul se îmbunătățește, celălalt se înrăutățește. După ani de investigații, termenul de cercetare din spatele tehnicii a găsit o modalitate de a le îmbunătăți pe ambele.
„Ambii parametri sunt importanți, dar îmbunătățirea ambilor parametri împreună este oarecum dificilă deoarece au un compromis intrinsec”, spune Youngsup Song, cercetător în bioinformatică de la Lawrence Berkeley National Laboratory din California.
„Dacă avem o mulțime de bule pe suprafața de fierbere, înseamnă că fierberea este foarte eficientă, dar dacă avem prea multe bule la suprafață, acestea se pot uni, ceea ce poate forma o peliculă de vapori pe suprafața de fierbere”.
Orice peliculă de vapori între suprafața fierbinte și apă introduce rezistență, scăzând eficiența transferului de căldură și valoarea CHF. Pentru a ocoli problema, cercetătorii au conceput trei tipuri diferite de modificare a suprafeței.
Cum se modifică suprafața
În primul rând, se adaugă o serie de tuburi la scară mică. Această serie de tuburi cu lățimea de 10 micrometri, distanțate la o distanță de aproximativ 2 milimetri, controlează formarea bulelor și menține bulele fixate în cavități. Acest lucru împiedică formarea unei pelicule de vapori.
În același timp, reduce concentrația de bule la suprafață, ceea ce reduce eficiența fierberii. Pentru a rezolva această problemă, cercetătorii au introdus un tratament la scară și mai mică ca a doua modificare, adăugând umflături și creste de doar câțiva nanometri în interiorul suprafeței tuburilor goale. Acest lucru mărește suprafața disponibilă și favorizează ratele de evaporare.
În cele din urmă, cavitățile la scară microscopică au fost adăpostite în centrul unei serii de piloni de pe suprafața materialului. Acești piloni accelerează procesul de extragere a lichidului prin adăugarea unei suprafețe mai mari. În combinație, eficiența de fierbere este semnificativ crescută.