Konstrueret overflade hjælper kogte bobler med at hoppe for at bære mere varme

Vand er ofte den foretrukne ressource til varmeoverførsel, da det bruges i storskala køleoperationer som datacentre, der driver internettet og atomkraftværker, der driver byer. At opdage dynamiske fænomener for at gøre vandbaseret varmeoverførsel mere energi og omkostningseffektiv er det igangværende arbejde af Jonathan Boreyko, lektor og John R. Jones III fakultetsstipendiat i maskinteknik.

Boreyko og hans team har udgivet meget om emnet vand og den måde, det kan bevæge sig på, hvor medlemmer af hans Nature-Inspired Fluids and Interfaces Lab producerer vanddråber, der springer frem af overfladespænding og frost, der springer ved hjælp af elektrostatik. Efter at have inkorporeret de to faser af væske og fast stof i de første to volumener, undersøger deres tredje volumen en tredje fase med kogende vand.

"Under min ph.d.-forskning på Duke University opdagede jeg springende vanddråber," sagde Boreyko. "Et årti senere opdagede min egen kandidatstuderende hoppende is under hans forskning i frostvækst. Dette gjorde mig fast besluttet på at gennemføre en tre-faset 'trilogi' for at hoppe vand, som vi opnåede her med denne artikel om springbobler under kogning af vand. vand. Da Hyunggon viste mig de første videoer af disse hoppebobler, der fuldender trilogien, hoppede jeg naturligvis af spænding."

Kandidatstuderende Hyunggon Park skabte en mikrostruktureret kedel, der var i stand til at frigive bobler på en tiendedel af den sædvanlige størrelse, og udsætte en konstant byge af bobler til at transportere energi. Resultatet er en mere effektiv metode til at fjerne varme fra en overflade. Undersøgelsen er publiceret i Advanced Functional Materials .

Bygger på kogning

Kogning er den mest effektive måde til kontinuerligt at overføre varme gennem vand. Hvis kogningen forbliver konstant, gør energiens afgang også det. Energi transporteres væk i bobler, som kugleformede biler, der transporterer varmepassagerer. Disse bobler forsvinder normalt, når deres egen opdrift bliver stærkere end overfladeadhæsion, hvilket får dem til at stige til overfladen og frigive energien.

Park og Boreykos nye metode forbedrer dette princip ved at gøre flåden af ​​boblebiler mindre og mere talrig. Fordi der er en mere konstant afgang af bobler, rejser flere energipassagerer også. Boblerne venter ikke på deres egen opdrift for at gøre arbejdet, men de springer væk fra den opvarmede overflade med en hurtigere hastighed. Fordi boblerne også er mikroskopisk små, har teamet løst et sammenbrud, der opstår med større bobler og stopper varmefjernelse.

"Normalt løsner opdrift disse overfladebobler, når de er millimeter i diameter, så de kan undslippe og tage varmen væk som damp," sagde Boreyko. "Når der koges ved højere temperaturer, smelter disse store overfladebobler sammen og danner en kontinuerlig dampfilm. Denne film isolerer væsken fra den varme overflade, hvilket forårsager et sammenbrud i varmeoverførslen."