Технология супергидрофобного охлаждения кипящей водой

Технология супергидрофобного охлаждения кипящей водой

Поверхности, отталкивающие воду, способны поддерживать эффективное кипение, если предварительно удалить воздух и пар из системы. Такая закономерность выявлена исследованием, результаты которого опубликовал журнал «Physical Review Letters». Водой, как правило, омывают гидрофильные поверхности, чтобы, к примеру, охлаждать ядерные реакторы или мощную электронику с целью предотвращения перегрева. Так вот, исследование, выполненное в стенах Университета Пердью, показало важные моменты. Водоотталкивающие супергидрофобные материалы не только способны эффективнее охлаждаться водой при правильных условиях, но также остаются более холодными, чем гидрофильные поверхности.

Трудно понимаемый способ отвода тепла

Один из способов отвода тепла — это отбор нагрева при эффективном кипении воды. Между тем, использование супергидрофобных материалов для увеличения эффекта кипения, как правило, не рассматривается в принципе.

Для бытовой электроники, где используется вода в металлических «тепловых трубках», рассеивающих тепло, выделяемое при использовании этих устройств, использование супергидрофобных материалов действительно мало актуально.

Однако более мощная электроника, что применяется в конструкциях электромобилей, суперкомпьютеров, самолетов и т.п., однозначно требует более эффективных технологий предотвращения перегрева.

Супергидрофобные материалы ранее считались непрактичными для кипячения. Объяснялось это неспособностью таких поверхностей оставаться влажными.

На супергидрофобных поверхностях образуется «одеяло» пара. За счёт того, что пар является хорошим изолятором тепла, супергидрофобный материал практически не охлаждается.

Прошлые исследования заставили ученых предположить, что без этого слоя изоляционных паров супергидрофобные поверхности могут потенциально ускорить кипение при более низких температурах, чем гидрофильные.

Ряд исследований посвятили попыткам создания рифлёных плоскостей для получения преимуществ гидрофильных свойств у гидрофобных материалов.

Но исследователям не удалось достичь абсолютно свободной от паров рифлёной структуры по причине наличия гидрофобных областей.

Новые принципы от специалистов гидродинамики

Исследования специалистов Университета Пердью имели свои особенности. Прежде погрузили супергидрофобную поверхность в воду, после чего нагрели окружающую среду. При этом старались не доводить кипения непосредственно у самой поверхности.

В процессе удаляли воздух, обычно захватываемый рифлёной супергидрофобной плоскостью, позволяя воде проникать на всю площадь, как это было бы в случае с гидрофильной поверхностью.

Предварительное смачивание рифлёного супергидрофобного материала приводит к «закреплению» мелких пузырьков в процессе кипения. Будучи закреплёнными, пузырьки не распространяются на рабочей площади по мере их расширения.

В результате пузырьки уходят в паровое одеяло без слияния, чем обеспечивается поддержание поверхности полностью покрытой жидкостью. Гидрофобные материалы отличаются образованием большего количества мелких пузырьков, чем гидрофильные материалы. Этот эффект даёт более эффективное охлаждение.


На основе публикаций: PU


Добавить комментарий

Внимание: Спам не пройдёт. Работает фильтрация комментариев. *