Varmeflow er vist at være mere effektivt, når temperaturen svinger, end når den er statisk

Venstre:L=30 cm høj billedformat G=D/L=1 RBC celle med 28 mm tykke top- og bundplader D=30 cm i diameter lavet af termisk udglødet kobber med termisk ledningsevne λ_p =2210Wm⁻¹ K⁻¹ og termisk kapacitet c_p =0,144Jkg⁻¹ K⁻¹ hos T_He =(T_T +T_B )/2≈5K , hvor T_T og T_B er typiske temperaturer på top- og bundpladerne. Fra toppladen fjernes det meste af varmen via varmevekslerkammeret til den flydende He-beholder over den. Toppladetemperaturen T_T (t) er groft indstillet ved tryk i varmevekslerkammeret og mere præcist indstillet og moduleret af den ensartet fordelte varmelegeme limet i spiralrillen på oversiden af toppladen. En lignende varmelegeme leverer enten stabil eller harmonisk moduleret varme til bundpladen. Temperaturen af det konvektive flow på steder som vist (afstande i millimeter) måles af små Ge-sensorer (nummereret 1-12) og pladernes temperatur af de fint kalibrerede Ge-sensorer T_t1 , T_t2 , T_b1 , og T_b2 indlejret i dem; se fotografiet øverst til højre, der viser deres positioner og spiralvarmerlunden. Kredit:Physical Review Letters (2022). DOI:10.1103/PhysRevLett.128.134502

Et team af forskere fra Institute of Scientific Instruments, der arbejder sammen med en kollega fra Charles University, begge i Tjekkiet, har vist, at varmen flyder mere effektivt, når temperaturen på materialet, som den strømmer igennem, svinger, i modsætning til at forblive stabil. I deres papir offentliggjort i tidsskriftet Physical Review Letters, gruppen beskriver eksperimenter, de udførte med opvarmning og afkøling af helium i en beholder, og dets relevans for en teori, der blev foreslået for blot to år siden.

I 1916 viste fysiker John William Strutt, 3. Baron Rayleigh, et eksempel på oscillerende varmestrøm. Han fyldte en beholder med en væske og placerede derefter en opvarmet spole under den og en køleplade ovenpå. Dette tvang væsken til at stige og falde i beholderen. Effekten er blevet kendt som Rayleigh-Bénard konvektion - den kan ses i virkningen af lavalamper. For to år siden foreslog et hold ved University of Twente, at varmestrømmen i et Rayleigh-Bénard-konvektionsanlæg ville være mere effektivt, hvis varmen fra basen oscillerede. I denne nye indsats har forskerne vist, at denne teori er korrekt.

Arbejdet gik ud på at skabe en beholder med en varmeanordning i bunden, der kunne bevæge sig gennem en temperaturgradient over tid. Og ligesom Strutt placerede de en køleanordning ovenpå. I modsætning til Strutt brugte de imidlertid en gas i stedet for en væske - i deres tilfælde helium. De udførte også deres eksperimenter under køligere end omgivende temperaturer. For at lære mere om indvirkningen af sådanne svingninger på varmen, der strømmer gennem systemet, udførte de flere kørsler, hvor hastigheden ved oscillationerne varierede fra 0,006 til 0,2 Hz.

De fandt, at, som forudsagt, en oscillerende varmekilde flyttede varme gennem systemet mere effektivt - så meget som 25% mere. Tidligere teorier foreslog, at forbedringen i effektiviteten opstår på grund af en destabilisering mellem grænserne for væskerne i kammeret, hvilket tillader væskeområderne i dem at bevæge sig lettere forbi hinanden. + Udforsk yderligere

Innovativt eksperiment med genvinding af spildvarme i Sverige

Sidste artikelForskere opdaterer måleforhold nøglen til inerti indeslutning fusion eksperimenter

Næste artikelFejltolerant kvantecomputerhukommelse i diamant