Voda se hodně vaří – ať už jde o šálek čaje uvařeného v kuchyni nebo v elektrárně. Jakékoli zlepšení účinnosti tohoto procesu bude mít významný dopad na celkové množství energie spotřebované za den.
Jedním z takových vylepšení by mohla být nově vyvinutá úprava povrchů používaných pro ohřev vody a odpařování. Zpracování zlepšuje dva klíčové parametry, které definují proces varu: koeficient přenosu tepla (HTC) a kritický tepelný tok (CHF).
Většinou mezi těmito dvěma existuje kompromis – čím lepší, tím horší druhý. Po letech hledání hledaný výraz za touto technikou našel způsob, jak vylepšit obojí.
„Oba parametry jsou důležité, ale optimalizace obou parametrů společně je poněkud obtížná, protože mají vnitřní kompromis,“ Říká bioinformatický vědec Yongsap Song Z Lawrence Berkeley National Laboratory v Kalifornii.
„Pokud máme na varné ploše hodně bublinek, pak je var velmi účinný, ale pokud máme na povrchu příliš bublinek, mohou se spojit dohromady, což by mohlo vytvořit vrstvu páry nad varnou hladinou.“
Jakýkoli film páry mezi horkým povrchem a vodou představuje odpor, který snižuje účinnost přenosu tepla a hodnotu CHF. Aby se tento problém vyhnul, vědci vymysleli tři různé typy povrchových úprav.
Nejprve se přidá řada mikrotubulů. Tato skupina trubiček o šířce 10 µm, vzdálených od sebe přibližně 2 mm, řídí tvorbu bublin a udržuje bubliny fixované v dutinách. Tím se zabrání tvorbě parního filmu.
Zároveň snižuje koncentraci bublinek na povrchu, což snižuje účinnost varu. Aby se to vyřešilo, vědci zavedli ošetření v menším měřítku jako druhou modifikaci a přidali pouze výstupky a okraje o velikosti nanometrů na povrchu dutých trubek. To zvyšuje dostupnou povrchovou plochu a zvyšuje rychlost odpařování.
Nakonec byly mikrodutiny umístěny do středu řady sloupců na povrchu materiálu. Tyto vlečky urychlují proces odběru tekutiny přidáním větší plochy. V kombinaci se účinnost varu výrazně zvyšuje.
Nahoře: Video, které vědci zpomalili, ukazuje, jak voda vaří na speciálně upraveném povrchu, což způsobuje tvorbu bublin na konkrétních oddělených místech.
Vzhledem k tomu, že nanostruktury také podporují odpařování pod bublinami a sloupce udržují konstantní přísun kapaliny do základny bubliny, může být mezi varným povrchem a bublinami udržována vrstva vody – což podporuje maximální tok tepla.
„Prvním krokem je ukázat naši schopnost manipulovat s povrchem tímto způsobem, abychom dosáhli optimalizace,“ Strojní inženýr Evelyn Wang říká: z Massachusetts Institute of Technology. „Pak dalším krokem je vymyslet škálovatelnější přístupy.“
„Tyto typy struktur, které vyrábíme, nejsou určeny k tomu, aby se škálovaly do jejich současné podoby.“
Přesunutí práce z malé laboratoře do něčeho, co lze použít v komerčním průmyslu, nebude příliš snadné, ale vědci jsou přesvědčeni, že to lze provést.
Jedním z problémů je najít způsoby, jak vytvořit povrchovou texturu a tři „úrovně“ úprav. Dobrou zprávou je, že existují různé metody, které lze prozkoumat, a postup by měl fungovat i pro různé typy tekutin.
„Tyto detaily lze změnit a to by mohl být náš další krok,“ zpívaný říká.
Hledání bylo zveřejněno v pokročilé materiály.
Přátelský webový obhájce. Odborník na popkulturu. Bacon ninja. Tvrdý twitterový učenec.
