لوکیا پاپادوپولوس -17 ژوئیه 2022 -تصویر استوک آب جوش. zoom-zoom/iStock
اگر بتوان آب را سریعتر و کارآمدتر جوشاند چه می شود؟ 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.
بر اساس بیانیه مطبوعاتی این موسسه اکنون، 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 به طور کلی بین این دو مبادله وجود دارد، بنابراین هر چیزی که یکی از این پارامترها را بهبود بخشد، دیگری را بدتر می کند.
یکی از نویسندگان مطالعه و فارغ التحصیل اخیر یانگ سانگ Ph.D. گفت: «هر دو پارامتر مهم هستند. اما تقویت هر دو پارامتر با هم به نوعی مشکل است زیرا آنها یک معاوضه ذاتی دارند.”
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 که می‌تواند یک لایه بخار روی سطح در حال جوش ایجاد کند.»
آن فیلم مقاومت در برابر انتقال حرارت از سطح داغ به آب را ایجاد می کند. این محقق افزود: “اگر بین سطح و آب بخار داشته باشیم، از راندمان انتقال حرارت جلوگیری می کند و مقدار CHF را کاهش می دهد.”
پس چگونه محققان به فرآیند جوشاندن کارآمدتر و سریعتر دست یافتند؟ با افزودن یک سری حفره های ریزمقیاس یا فرورفتگی ها به یک سطح، نحوه تشکیل حباب ها روی آن سطح را کنترل می کنیم. این امر حباب ها را به طور موثر به محل فرورفتگی ها چسبانده و از پخش شدن آنها به یک فیلم 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 کوچک موقعیتی را که حباب‌ها بالا می‌آیند را مشخص می‌کنند. اما با جدا کردن این حفره‌ها به اندازه 2 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 مهندسی MIT، Evelyn Wang، 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 سازه‌هایی که ما می‌سازیم قرار نیست به شکل کنونی مقیاس‌بندی شوند، بلکه برای اثبات این که چنین سیستمی می‌تواند کار کند استفاده می‌شود.
اکنون، این تیم بر روی یافتن راه‌های اضافی برای ایجاد این نوع بافت‌های سطحی متمرکز شده است که می‌توانند در ابعاد عملی استفاده شوند.
او در پایان گفت: “نشان دادن اینکه می‌توانیم سطح را از این طریق کنترل کنیم تا پیشرفت کنیم، اولین قدم است.” “سپس گام بعدی این است که به رویکردهای مقیاس پذیرتر فکر کنید.”
