راهکار جدید دانشمندان برای جوشاندن بهتر آب و صرفه جویی در مصرف انرژی

یکی از این پیشرفت‌ها می‌تواند با راهکار جدید توسعه‌یافته برای سطوح درگیر در گرمایش و تبخیر آب باشد. این عملیات دو پارامتر کلیدی را که فرآیند جوش را تعیین می‌کنند، بهبود می‌بخشد: ضریب انتقال حرارت (HTC) و شار حرارتی بحرانی (CHF).

بیشتر اوقات، بین این دو مبادله وجود دارد؛ با بهبود یکی، دیگری بدتر می‌شود. دانشمندان پس از سال‌ها تحقیق، راهی برای تقویت هر دو پیدا کردند.

یونگ سوپ سانگ، دانشمند بیوانفورماتیک از آزمایشگاه ملی لارنس برکلی در کالیفرنیا، می‌گوید:

«هر دو پارامتر مهم هستند، اما تقویت هر دو پارامتر با هم به نوعی مشکل است، زیرا آن‌ها دارای معاوضه ذاتی هستند.»

اگر حباب‌های زیادی روی سطح جوش داشته باشیم، به این معنی است که جوشاندن بسیار کارآمد است، اما اگر حباب‌های زیادی روی سطح داشته باشیم، می‌توانند با هم ترکیب شوند و یک لایه بخار روی سطح جوش ایجاد کند.

انواع جدید اصلاح سطح

هر لایه بخار بین سطح داغ و آب مقاومت ایجاد می‌کند و راندمان انتقال حرارت و مقدار CHF را کاهش می‌دهد. برای درک بیشتر این موضوع، محققان سه نوع مختلف اصلاح سطح را ابداع کردند.

ابتدا یک سری لوله در مقیاس میکرو اضافه می‌شود. این مجموعه از لوله‌های ۱۰ میکرومتری، با فاصله حدود ۲ میلی‌متر، تشکیل حباب را کنترل می‌کند و حباب‌ها را به حفره‌ها چسبانده نگه می‌دارد. این کار از تشکیل لایه بخار جلوگیری می‌کند.

در عین حال، غلظت حباب‌ها را در سطح کاهش می‌دهد و از راندمان جوش می‌کاهد. برای مقابله با آن، محققان یک راهکار حتی در مقیاس کوچکتر را به عنوان اصلاح دوم معرفی کرده و برجستگی‌ها و برآمدگی‌ها را به اندازه نانومتر در سطح لوله‌های توخالی افزودند. این کار سطح موجود را افزایش می‌دهد و سرعت تبخیر را بیشتر می‌کند.

در نهایت، حفره‌های ریزمقیاس در مرکز مجموعه‌ای از ستون‌ها روی سطح ماده قرار گرفتند. این ستون‌ها با افزودن سطح بیشتر، فرآیند برداشت مایع را سرعت می‌بخشند. در ترکیب، راندمان جوش به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد.

از آنجایی که نانوساختار‌ها تبخیر را در زیر حباب‌ها نیز افزایش می‌دهند، و ستون‌ها منبع ثابتی از مایع را به پایه حباب نگه می‌دارند، می‌توان لایه‌ای از آب را بین سطح در حال جوش و حباب‌ها حفظ کرد و حداکثر شار گرما را افزایش داد.

اجرایی کردن در مقیاس بزرگتر

مهندس مکانیک Evelyn Wang از موسسه فناوری ماساچوست می‌گوید:

«اینکه نشان دهیم می‌توانیم سطح را از این طریق کنترل کنیم تا پیشرفت نماییم، اولین قدم است. سپس گام بعدی این است که به رویکرد‌های مقیاس پذیرتر فکر کنیم. این نوع ساختار‌هایی که ما می‌سازیم قرار نیست به شکل کنونی خود مقیاس شوند.»

انجام کار از یک محیط آزمایشگاهی در مقیاس کوچک به چیزی که می‌تواند در صنایع تجاری استفاده شود آنقدر‌ها هم ساده نیست، اما محققان مطمئن هستند که می‌توان آن را انجام داد.

یکی از چالش‌ها این است که راه‌هایی برای ایجاد بافت‌های سطحی و سه “سطح” اصلاحات پیدا کنند. خبر خوب این است که رویکرد‌های مختلفی وجود دارد که می‌توان آن‌ها را بررسی کرد و این روش باید برای انواع مختلف مایعات نیز کارساز باشد.

سانگ می‌گوید:

«این نوع جزئیات را می‌توان تغییر داد و این می‌تواند قدم بعدی ما باشد.»

منبع : روزیاتو

باشگاه خبرنگاران جوان وب‌گردی وبگردی