Nyt koncept til afkøling af kogende overflade kan hjælpe med at forhindre ulykker i atomkraftværker

Et nyt University of Hawaii at Mānoa undersøgelse har produceret en ny teknik, der involverer varme, der kan hjælpe med at forhindre atomkraftværksulykker.

Kogning er normalt forbundet med opvarmning, imidlertid, i mange industrielle applikationer forbundet med ekstremt varme komponenter, såsom atomkraftværker og metalstøbning, kogning bruges som en effektiv kølemekanisme. Dette skyldes "latent varme, "den absorberede varme for at ændre vand til damp, som fjerner en enorm mængde varme fra en varm overflade.

Der er en grænse for mængden af ​​varme, der kan fjernes ved kogning. Det er vigtigt at øge denne tolerable varmegrænse af mange årsager, men især for sikkerheden.

Sangwoo Shin, en adjunkt i maskinteknik ved Ingeniørhøjskolen, har demonstreret et nyt koncept, der overvinder den tolerable varmegrænse eller det, der er kendt som den kritiske varmeflux (CHF). Han leder et forskerhold, der har fundet frem til en ny metode, der øgede CHF med 10 procent sammenlignet med tidligere metoder.

Ifølge Shin, dette er vigtigt, fordi hvis overfladen er meget varm, vandet nær overfladen vil hurtigt ændre sig til damp, efterlader ingen væske til afkøling af overfladen.

"Resultatet af denne nedkølingssvigt fører til en nedsmeltning af den opvarmede overflade, som vidne til fra katastrofen ved Fukushima atomkraftværket i 2011, " forklarede Shin. Hændelsen var foranlediget af Tohoku-jordskælvet, der ramte det østlige Japan, som genererede en tsunami og deaktiverede kraft- og kølesystemerne i anlæggets reaktorer. "I denne forbindelse der er gjort en omfattende indsats for at øge CHF, " han sagde.

Til dato, en af ​​de mest effektive måder at forbedre CHF på er ved at gøre overfladen ru med nanostrukturer, specifikt, nanotråde. Høj overfladeruhed fører til et øget antal steder, hvor boblen sker, hvilket resulterer i forbedret CHF.

Undersøgelsen viste, at kogende varmeoverførsel var meget mere gunstig med et nyt koncept, der involverer belægning af den varme overflade ved hjælp af nanoskala bimorfer, et stykke langt metal, der kan bøjes, når det udsættes for varme på grund af termisk ekspansion.

Den varme overflade får bimorfer til at deformeres spontant, hvilket gør overfladetilstanden mere gunstig til kogning.

Shin siger, at fremtidige undersøgelser til yderligere CHF-forbedring kan forventes ved at vælge den rigtige geometri og materiale til nano-bimorfer, som kan bidrage til at udvikle energieffektive teknologier til ekstremt varme systemer.

Denne nye opdagelse, et samarbejde med forskere fra Yonsei University og University of California Riverside, blev for nylig udgivet i Nano Letters.