Ny forståelse af kondensering kan føre til en bedre kraftværkskondensator, afisningsmaterialer

I årtier, Det er blevet forstået, at der er behov for vandafvisning, for at overflader kan fjerne kondensdannelse - som de vanddråber, der dannes i kraftværkskondensatorer for at reducere trykket. Ny forskning viser, at nødvendigheden af ​​vandafvisning er uklar, og at glatheden mellem dråberne og den faste overflade ser ud til at være mere kritisk for rensning af kondens. Denne udvikling har betydning for omkostningerne forbundet med elproduktion og teknologier som afisning af overflader til elledninger og fly.

Resultaterne af undersøgelsen, i fællesskab ledet af University of Illinois mekaniske videnskaber og ingeniørprofessor Nenad Miljkovic og mekanisk og rumfartsingeniørprofessor Arun Kota fra North Carolina State University, er publiceret i tidsskriftet Videnskabens fremskridt .

I mange naturlige og industrielle systemer, varmeoverførsel gennem kondens. Denne type energioverførsel sker mest effektivt, når dampen kondenserer på en overflade som dråber i stedet for som film, sagde forskerne. Dråberne skal være mobile for at holde overfladen fri for kontinuerlig, effektiv energioverførsel, og en glat overflade hjælper meget.

At bestemme, hvordan kondensdråber vokser og smelter sammen under kondensering, er et videnskabsområde, der ikke er blevet gennemgået i et stykke tid, sagde Miljkovic. Forskerne antog, at den kondenserende overflade - kaldet befugtning eller ikke -befugtning, afhængigt af dets evne til at tiltrække eller afvise vand - betyder ikke noget, når det kommer til at holde overfladen fri for dråber, i modsætning til accepteret tankegang.

For at teste dette, Kotas team udviklede en unik solid overflade, der samtidigt er fugtig og glat til vanddråber. "Dette er kontraintuitivt, fordi dråber har en tendens til at klæbe til befugtende overflader og ikke let glider eller glider på dem, " sagde Kota.

Miljkovics team brugte tidsforskudte billeder af dråber, der dannes på disse unikke faste overflader til at måle kontaktvinklen mellem dråber og overfladen og til at tælle, hvor mange dråber der findes inden for forskellige størrelsesområder, når de smelter sammen.

"Vi fandt ud af, at når faste overflader er glatte, kondenserede dråber vil smelte sammen med omgivende dråber og falde af overfladen, om vi har at gøre med en vådende eller ikke-væde overflade, " sagde Kota.

Denne observation indebærer, at det er muligt at anvende en større variation af materialer som kondensationsoverflader, ikke kun vandafvisende.

"I stedet for at bruge specialiserede polymeroverflader, som er svære at klæbe til metal og kun holder et par måneder, kraftværker kan være i stand til at bruge mere holdbare befugtningsmaterialer til vandafledning, såsom keramik eller metal, der er konstrueret til at være glat og kunne holde i 10 år eller længere, " sagde Miljkovic. "Det samme koncept er værdifuldt i andre applikationer, også, som at komme med nye afisningsoverflader til flyvinger og elledninger og vandafvisende belægninger til bygningsenergianvendelser, ventilations- og konditioneringssystemer. "

Forskerne rapporterer, at der er udfordringer at overvinde, når man udvikler nye fugtige og glatte faste materialer til brug i kondensoverflader. Materialerne skal være kemisk og teksturelt ensartede, som stadig kan være dyrt, de sagde.

"Dette arbejde demonstrerer ikke kun en tidligere uudforsket idé om at bruge velkonstruerede holdbare og fugtende faste overflader for at opnå høj dråbemobilitet, men giver også ny indsigt i den grundlæggende videnskabelige teori bag kondensering, " sagde Miljkovic.