اگر بتوان آب را سریعتر و کارآمدتر جوشاند چه؟ با کاهش مصرف انرژی، از بسیاری از فرآیندهای صنعتی، از جمله اکثر نیروگاه های تولید برق، بسیاری از سیستم های تولید مواد شیمیایی و حتی سیستم های خنک کننده برای الکترونیک استفاده می شود. اکنون دانشمندان راهی سریعتر برای جوشاندن آب پیدا کردند.
بهبود HTC و CHF
بر اساس گزارشات، دانشمندان MIT روشی را برای انجام این کار در نظر گرفته اند. محققان راهی برای بهبود همزمان دو پارامتر کلیدی که منجر به فرآیند جوش می شوند، یعنی ضریب انتقال حرارت (HTC) و شار حرارتی بحرانی (CHF) یافته اند.
این کاملاً یک پیشرفت است زیرا معمولاً بین این دو مبادله وجود دارد، بنابراین هر چیزی که یکی از این پارامترها را بهبود بخشد، دیگری را بدتر می کند.
خانم سونگ یکی از نویسندگان مطالعه گفت: “هر دو پارامتر مهم هستند. اما تقویت هر دو پارامتر با هم به نوعی مشکل است زیرا آنها یک مبادله ذاتی دارند. اگر حبابهای زیادی روی سطح جوش آورنده (ظرف مد نظر) داشته باشیم، به این معنی است که جوشاندن بسیار کارآمد است. اما اگر حبابهای زیادی روی سطح آب داشته باشیم، میتوانند با هم ترکیب شوند که میتواند یک لایه بخار روی سطح جوش آورنده ایجاد کند. اگر بین سطح جوش آورنده و آب نوعی بخار داشته باشیم، از راندمان انتقال حرارت جلوگیری می کند و مقدار CHF را کاهش می دهد.”
حفره های میکروسکوپی در حال کار
محققان چگونه به فرآیند سریعتر برای جوشاندن آب رسیدند؟ با افزودن یک سری حفره های ریزمقیاس یا فرورفتگی ها به سطح جوش آورنده، نحوه تشکیل حباب ها روی آن سطح را کنترل می کنند. این امر حباب ها را به طور موثر به محل فرورفتگی ها چسبانده و از پخش شدن آنها به یک غشا مقاوم در برابر حرارت جلوگیری می کند.
سپس ریزحفره ها در طول ایده آل برای بهینه سازی این فرآیند قرار گرفتند.
سونگ توضیح داد: “این حفرههای ریز، موقعیتی را که حبابها بالا میآیند را مشخص میکنند. اما با جدا کردن این حفرهها به میزان ۲ میلیمتر، حبابها را جدا میکنیم و ادغام حبابها را به حداقل میرسانیم.”
این کار تاکنون امیدوارکننده بوده است، اما یکی از نویسندگان این مطالعه، پروفسور وانگ، استدلال کرد که این کار در شرایط آزمایشگاهی در مقیاس کوچک انجام شد که به راحتی نمیتوان آن را برای کاربرد عملی در دستگاههای مدرن مقیاسبندی کرد.
او توضیح داد: “این نوع ساختارهایی که ما می سازیم قرار نیست به شکل کنونی خود مقیاس شوند. اما برای اثبات اینکه چنین سیستمی میتواند کار کند استفاده شد. نشان دادن اینکه میتوانیم سطح را از این طریق کنترل کنیم تا پیشرفت کنیم، اولین قدم است. سپس گام بعدی این است که در مورد رویکردهای مقیاس پذیرتر فکر کنید.”
در حال حاضر، این تیم بر روی یافتن راههای اضافی برای ایجاد این نوع بافتهای سطحی متمرکز شده است. راهی که میتوانند در ابعاد عملی مورد استفاده قرار گیرند.