Forskere løser et videnskabeligt mysterium om fordampning

Fordampning kan forklare, hvorfor vandstanden falder i en fuld swimmingpool, men det spiller også en vigtig rolle i industrielle processer lige fra køleelektronik til elproduktion. Meget af den globale elforsyning genereres af dampanlæg, som er drevet af fordampning.

Men at bestemme, hvornår og hvor hurtigt en væske vil omdanne til en damp, er blevet dæmpet af spørgsmål om, hvordan - og hvor meget - temperaturen ændres på det punkt, hvor væsken møder dampen, et begreb kendt som temperaturdiskontinuitet. Disse spørgsmål har gjort det vanskeligere at oprette mere effektive processer ved hjælp af fordampning, men nu har forskere fra University of Houston rapporteret svar på, hvad der sker ved denne grænseflade, omhandler 20 års modstridende fund. Arbejdet blev rapporteret i Journal of Physical Chemistry C .

Temperaturdiskontinuiteten blev først rapporteret i 1999 af canadiske forskere G. Fang og C.A. Afdeling, der bemærkede, at de ikke var i stand til at forklare fænomenet gennem klassisk mekanik. Det nye værk løser det mysterium.

Hadi Ghasemi, Cullen lektor i maskinteknik ved UH, sagde den nye forståelse eliminerer den "flaskehals", der har komplicerede forudsigelser og simuleringer af processer, der involverer fordampning.

"Vi demonstrerede fysikken i, hvad der sker inden for et par molekylers rum ved grænsefladen og udviklede nøjagtigt en teori om fordampningshastighed, "Sagde Ghasemi." Det gav os mulighed for at forklare alle de modstridende fund, der er blevet rapporteret i de sidste 20 år, og løse dette mysterium. "

Ud over Ghasemi, medforfattere til papiret omfattede første forfatter Parham Jafari, en ph.d. studerende på UH, og Amit Amritkar, en forskningsassistent professor ved UH.

Forskerne nærmede sig først spørgsmålet i laboratoriet, men Ghasemi sagde, at de ikke var i stand til at få den nødvendige rumlige opløsning til et endeligt svar. De brugte en beregningsmetode for at finde væskens og dampens egenskaber inden for et par molekylers længde.

Forklaringen - udviklet ved hjælp af Direct Simulation Monte Carlo -metoden - vil give forskere mulighed for mere præcist at simulere ydeevnen for alle systemer baseret på fordampningsteorien.

"Med denne forståelse, vi kan mere præcist udvikle simuleringer af ydeevne og effektivitet, samt designe og forudsige adfærd for avancerede systemer, "Sagde Ghasemi.

Det ville have ansøgninger om energi, elektronik, fotonik og andre områder.

Som blot et eksempel på fordampningens betydning, Ghasemi bemærkede, at 80% af elkraften globalt genereres gennem dampværker, som arbejder baseret på fordampningsfænomener.