Ученые нашли способ повысить эффективность теплообменников

Array
(
    [PREVIEW] => Array
        (
            [SRC] => /upload/iblock/65f/7b3ct8yteq3bflyyh5d2xrkx26rk0oj0.webp
            [WIDTH] => 800
            [HEIGHT] => 600
        )

    [DETAIL] => Array
        (
            [SRC] => /upload/iblock/65f/7b3ct8yteq3bflyyh5d2xrkx26rk0oj0.webp
            [WIDTH] => 800
            [HEIGHT] => 600
        )

)

Исследователи из Массачусетского технологического института сообщают, что нашли способ повысить эффективность систем с помощью специальной обработки поверхности материалов теплообменника.

Исследование, которое в настоящее время все еще не закончено, включает в себя комбинацию трех различных видов модификации поверхности в разных масштабах.  Ученые признают, что для разработки практического промышленного процесса требуется дополнительная работа.

Новые результаты описаны в журнале Advanced Materials в статье недавнего выпускника Массачусетского технологического института Янгсапа Сонга, профессора инженерного факультета Ford Эвелин Ван и четырех других сотрудников Массачусетского технологического института.

Процесс кипения, как правило, представляет собой компромисс между коэффициентом теплопередачи (HTC) и критическим тепловым потоком (CHF).

Хотя оба параметра важны, улучшить оба одновременно достаточно сложно, поскольку они имеют внутренние компромиссы. Сонг объясняет, что причина этого в том, что если на поверхности кипения много пузырьков, кипение происходит очень эффективно, но если на поверхности слишком много пузырьков, они могут объединяться, что может привести к образованию паровой пленки над поверхностью кипения. Эта пленка создает сопротивление теплопередаче от горячей поверхности и снижает значение CHF.

После многих лет напряженной работы команда нашла способ значительно улучшить оба свойства одновременно, благодаря сочетанию различных текстур на поверхности материала.

Сонг, который в настоящее время является постдоком (аспирантом) в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли, провел большую часть исследований в рамках своей докторской диссертации в Массачусетском технологическом институте. Хотя различные компоненты новой обработки поверхности, которую он разработал, были ранее изучены, исследователи говорят, что эта работа является первой, показывающей, что эти методы могут быть объединены, и компромисс между двумя конкурирующими параметрами найден.

Добавление серии микрокаверн или углублений на поверхности — это способ интенсифицировать процесс образования пузырьков на этой поверхности, эффективно удерживая их в местах углублений и предотвращая их распространение в виде термостойкой пленки.

Исследователи создали массив углублений шириной 10 мкм, разделенных примерно на 2 мм, чтобы предотвратить образование пленки. Однако такое разделение также снижает концентрацию пузырьков на поверхности, что может снизить эффективность кипения. Чтобы компенсировать это, команда внедрила гораздо меньшую обработку поверхности, создав крошечные выпуклости и гребни в нано-масштабе, что увеличивает площадь поверхности и повышает скорость испарения под пузырьками.

В этих экспериментах углубления были сделаны в центрах ряда ребер на поверхности материала. Эти ребры в сочетании с наноструктурами способствуют лучшему распределению жидкости, что ускоряет процесс кипения, увеличивая площадь поверхности, контактирующей с водой. По словам Сонга, в сочетании три “уровня” текстуры поверхности обеспечивают значительно повышенную эффективность процесса кипячения.

Хотя разработки ученых подтвердили, что комбинация видов обработки поверхности может помочь достигнуть желаемых результатов, стоит отметить, что эти эксперименты проводились в условиях небольшой лаборатории, которые нелегко масштабировать до практических условий.

Демонстрация того, что мы можем управлять поверхностью таким образом, чтобы добиться улучшения, — это первый шаг, а следующий шаг — подумать о более масштабных подходах.

— говорит Эвелин Ванг. 
Ребра на поверхности в этих экспериментах были созданы с использованием технологий, обычно используемых для производства полупроводниковых чипов, но существуют другие, менее сложные способы создания таких структур, например, электроосаждение. Существует также еще ряд различных способов получения поверхностных наноструктур, и некоторые из них могут быть более легко масштабируемы.

Источник: coolingpost.com

Образование и наука

21.07.2022