Ny tilgang får sprøjtede dråber til at ramme og holde sig til deres mål

Ved sprøjtning af maling eller belægninger på en overflade, eller gødning eller pesticider på afgrøder dråbernes størrelse gør en stor forskel. Større dråber vil drive mindre i vinden, giver dem mulighed for at ramme deres tilsigtede mål mere præcist, men mindre dråber sætter større sandsynlighed fast, når de lander i stedet for at hoppe af.

Nu, et team af MIT -forskere har fundet en måde at afbalancere disse egenskaber og få det bedste ud af begge - spray, der ikke driver for langt, men giver små dråber til at klæbe til overfladen. Teamet opnåede dette på en overraskende enkel måde, ved at placere et fint maske mellem sprayen og det tilsigtede mål for at opdele dråber i dem, der kun er en tusindedel så store.

Resultaterne er rapporteret i dag i journalen Fysisk gennemgangsvæske , i et papir af MIT lektor i maskinteknik Kripa Varanasi, tidligere postdoc Dan Soto, kandidatstuderende Henri-Louis Girard, og tre andre på MIT og på CNRS i Paris.

Tidligere arbejde af Varanasi og hans team havde fokuseret på måder at få dråberne til at klæbe mere effektivt til de overflader, de rammer frem for at hoppe væk. Den nye undersøgelse fokuserer på den anden ende af problemet - hvordan man får dråberne til at nå overfladen i første omgang. Varanasi forklarer, at typisk mindre end 5 procent af sprøjtede væsker rent faktisk holder sig til deres tilsigtede mål; af de 95 procent eller mere, der bliver spildt, omkring halvdelen er tabt ved drift og når aldrig engang dertil, og den anden halvdel hopper væk.

Atomizers - enheder, der kan sprøjte væsker i form af små dråber, så de forbliver suspenderet i luften frem for at falde til ro - er afgørende dele af mange industrielle processer, herunder maling og belægning, sprøjtning af brændstof i motorer eller vand i køletårne, og udskrivning med fine dråber blæk. Det nye fremskridt udviklet af dette team var at lave den første spray i form af større dråber, som er meget mindre påvirket af brise og mere tilbøjelige til at nå deres mål, og derefter for at skabe de meget finere dråber lige før de når overfladen, ved at placere en mesh -skærm imellem.

Selvom processen kan gælde for mange forskellige sprøjteanvendelser, "Den store motivation er landbrug, "Siger Varanasi. Afstrømningen af ​​pesticider, der savner deres mål og falder på jorden, kan være en væsentlig årsag til forurening og spild af de dyre kemikalier. Hvad mere er, virkningen af ​​finere dråber er mindre tilbøjelig til at skade eller svække visse planter.

Landmænd dækker allerede nogle slags afgrøder med stofmasker, at beskytte mod fugle og insekter, der sluger planterne, så processen er allerede kendt og meget udbredt. Mange slags mesh -materialer ville fungere, siger forskerne - det der betyder noget er størrelsen af ​​åbningerne i masken og materialets tykkelse, parametre har teamet præcist kvantificeret gennem en række laboratorieforsøg og matematisk analyse. Til deres eksperimenter, forskerne brugte primært et almindeligt tilgængeligt og billigt fint rustfrit stålnet.

Forskerne foreslår, at efter indsættelse af masken over afgrøden, enten direkte understøttet af plantestænglerne eller understøttet på en ramme, en landmand kunne simpelthen bruge en konventionel sprøjte, der producerer større dråber, som ville forblive på kurs selv under blæsende forhold. Derefter, når dråberne når planterne, de ville blive brudt op af masken til fine dråber, hver cirka en tiendedel millimeter på tværs, hvilket i høj grad ville øge deres chancer for at blive ved.

Som en ekstra bonus, tilstedeværelsen af ​​masken over afgrøderne kan også beskytte dem mod skader fra regnvejr, ved også at bryde regndråberne op i mindre dråber, der lægger mindre stress på planten, når de rammer. Afgrøde skader fra storme, som i nogle tilfælde alvorligt kan reducere udbyttet, kan reduceres i processen, siger forskerne. Ud over, større dråber forårsager mere sprøjt, som kan føre til spredning af patogener.

Udover at være mere effektiv, processen kan også reducere problemet med drift af pesticider, som nogle gange blæser fra en landmands mark til en anden, og endda fra en stat til en anden, Varanasi siger, og også nogle gange ende i folks hjem. "Folk vil rette op på det. De leder efter løsninger."

Det samme princip kunne anvendes på andre anvendelser, Girard påpeger, såsom sprøjtning af vand i køletårne, såsom dem, der bruges til elværker og mange industrielle eller kemiske anlæg. Ved at bruge et net under sprøjtehovederne i sådanne tårne ​​"kan der opstå finere dråber, som fordamper hurtigere og giver bedre afkøling, "siger han. Afkølingseffektiviteten er relateret til faldets overfladeareal, som er tre størrelsesordener større med de finere dråber, han siger.

I det seneste arbejde har Varanasi og hans team fandt en måde at genvinde meget af det vand, der går tabt ved fordampning fra sådanne køletårne, ved at bruge en anden slags maske over tårnenes top. Det nye fund kan kombineres med denne metode, dermed forbedring af kraftværks effektivitet på både input og output sider.

Til maling og til påføring af andre former for belægninger, jo finere dråberne er, jo bedre de dækker og klæber, Girard siger, så processen kunne forbedre belægningernes kvalitet og holdbarhed.

Mens de fleste eksisterende forstøvningsmetoder er afhængige af højt tryk for at tvinge væske gennem en smal åbning, som kræver energi for at skabe presset, denne metode er rent passiv og mekanisk, Siger Girard. "Her, vi lod masken gøre forstøvningen i det væsentlige gratis. "