Mokslininkai atrado naują vandens levitavimo būdą: „ScienceAlert“. | Ophthacare

Mokslininkai atrado naują vandens levitavimo būdą: „ScienceAlert“.

Jei į labai karštą keptuvę įlašinsite saują lašų, ​​pamatysite, kaip jie slysta ir šoka.

Šie lašai, tikėkite ar ne, iš tikrųjų plūduriuoja. Jei paviršius yra pakankamai karštas, šiluma išgaruos arčiausiai jo esančią lašelio pusę, sukurdama dujų pagalvę, ant kurios plūduriuoja likęs lašelis.

Tai žinoma kaip Leidenfrost efektaspo vokiečių gydytojo Johano Gottlobo Leidenfrosto, dokumentavusio reiškinį XVIII a.

Dabar mokslininkų komanda sukūrė būdą, kaip sumažinti temperatūrą, kurioje vyksta šis mažas vandens šokis. Mikroskopinės tekstūros paviršius efektyviau perduoda šilumą lašeliams, o tai turi įtakos šilumos perdavimo programoms, pvz., aušinant pramonines mašinas ir branduolinius aušinimo bokštus.

„Manėme, kad mikrostulpeliai pakeis šio gerai žinomo reiškinio elgesį, tačiau mūsų rezultatai nepaisė net mūsų pačių įsivaizdavimo. sako mechanikos inžinierius Jingtao Chengas iš Virdžinijos politechnikos instituto ir valstybinio universiteto.

“Stebėta burbulų lašų sąveika yra pagrindinis atradimas, susijęs su verdančiu šilumos perdavimu.”

frameborder=”0″ allow=”pagreičio matuoklis; automatinis atkūrimas; iškarpinė-rašyti; šifruota laikmena; giroskopas; vaizdas vaizde; web-share” referrerpolicy=”strict-origin-when-cross-origin” allowfullscreen>

Apie Leidenfrost efektą žinome jau kurį laiką ir jo parametrai yra gerai suprantami. Kad tai įvyktų, reikia pakankamai šilumos, kad vanduo iš karto susilietų su kaitviete suformuotų garus, bet ne tiek šilumos, kad visas vandens lašas akimirksniu išgaruotų.

Priežastis, dėl kurios vanduo visiškai neišgaruoja esant Leidenfrost temperatūrai, yra ta, kad didelė dalis energijos iš karšto paviršiaus yra pašalinama kaip garai, o ne patenka į likusį lašą.

Chengo ir jo kolegų sukurtas paviršius susideda iš šimtų mažyčių stulpelių, maždaug 0,08 milimetro aukščio, maždaug žmogaus plauko pločio. Jie išdėstyti tinklelyje, atskirti maždaug 0,12 milimetro atstumu. Padėjus ant paviršiaus, vandens lašas dengia apie 100 stulpų.

Kai vanduo nusėda ant paviršiaus, stulpeliai įspaudžiami į vandens lašą, suteikiant daugiau šilumos interjerui ir leidžiant vandeniui greičiau užvirti. Tai reiškia, kad Leidenfrost efektą galima pastebėti per milisekundes ir esant daug žemesnei temperatūrai, nei tai gali būti naudojant plokščią paviršių, pavyzdžiui, kaitlentę ar keptuvę.

Tiesą sakant, komanda sugebėjo sukelti Leidenfrost levitaciją esant 130 laipsnių Celsijaus, daug žemesnei nei 230 laipsnių Celsijaus, kurią jie įvertino kaip būdingą poveikiui tokiomis sąlygomis.

Tarp mikrogranulių susidarantys burbuliukai taip pat gali padėti išvalyti nešvarumus nuo paviršiaus. (Huang ir kt., Naktis. Fizik.2024 m.)

Dabar vanduo yra puiki terpė vėsinti. Vanduo užverda ir išgaruoja maždaug 100 laipsnių Celsijaus temperatūroje (ji šiek tiek kinta priklausomai nuo aukščio). Skystas vanduo negali būti karštesnis už šią virimo temperatūrą, nes virsta garais.

Štai kodėl šis asmuo buvo galėjo virti sriubą plastikiniame maišelyje ant ugnies: šiluma perduodama vandeniui, kuris negali viršyti plastiko lydymosi temperatūros (pastaba: nedarykite to, plastike yra cheminių medžiagų, kurių nenorite į savo sriubą).

Todėl mikrostulpelio paviršius siūlo efektyvesnį šilumos perdavimo mechanizmą, kuris gali būti daug saugesnis nei šiuo metu naudojamos vandens aušinimo technologijos, ir padeda išvengti pavojingų nelaimingų atsitikimų, tokių kaip garų sprogimai.

“Garų sprogimai įvyksta, kai garų burbuliukai skystyje greitai plečiasi dėl (buvimo) intensyvaus šilumos šaltinio šalia. Pavyzdys, kur ši rizika ypač aktuali, yra atominėse elektrinėse, kur šilumokaičių paviršiaus struktūra gali paveikti garus. burbuliuoja augimą ir gali sukelti tokius sprogimus“, sako inžinierius Weng Huangas Virginia Tech.

“Per savo teorinį tyrimą mes tiriame, kaip paviršiaus struktūra veikia garų burbuliukų augimo režimą, suteikiant vertingos informacijos apie garų sprogimų rizikos valdymą ir sumažinimą.”

Grupės tyrimas buvo paskelbtas m Gamtos fizika.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *