A tudósok egy új módszert fedeztek fel a víz lebegtetésére: a ScienceAlert | EatchbQ

A tudósok egy új módszert fedeztek fel a víz lebegtetésére: a ScienceAlert

Ha egy maroknyi cseppet cseppentesz egy nagyon forró serpenyőre, láthatod, hogy siklanak és táncolnak.

Ezek a cseppek, akár hiszik, akár nem, valójában lebegnek. Ha egy felület elég forró, a hő a csepp hozzá legközelebb eső oldalát elpárologtatja, és egy gázpárnát hoz létre, amelyen a csepp többi része lebeg.

Ez az úgynevezett Leidenfrost hatásJohann Gottlob Leidenfrost német orvos után, aki dokumentálta a jelenséget a XVIII.

Most egy tudóscsoport kidolgozott egy módszert annak a hőmérsékletnek a csökkentésére, amelyen ez a kis víztánc játszódik. A mikroszkopikus textúrájú felület hatékonyabban adja át a hőt a cseppeknek, aminek kihatással van a hőátadási alkalmazásokra – például ipari gépek és nukleáris hűtőtornyok hűtésére.

“Azt hittük, hogy a mikropillérek megváltoztatják ennek a jól ismert jelenségnek a viselkedését, de eredményeink még a saját képzeletünkkel is szembeszálltak.” mondja Jingtao Cheng gépészmérnök a Virginia Polytechnic Institute-ról és az Állami Egyetemről.

“A megfigyelt buborék-csepp kölcsönhatások a forrásban lévő hőátadás fő felfedezései.”

frameborder=”0″ allow=”gyorsulásmérő; automatikus lejátszás; vágólap-írás; titkosított adathordozók; giroszkóp; kép a képben; web-share” referrerpolicy=”strict-origin-when-cross-origin” allowfullscreen>

A Leidenfrost-effektusról már régóta tudunk, és paraméterei jól ismertek. Ahhoz, hogy ez megtörténjen, elegendő hőre van szükség ahhoz, hogy a víz a főzőlappal érintkezve azonnal gőzt képezzen, de nem kell annyi hő, hogy a teljes vízcsepp azonnal elpárologjon.

A víz nem párolog el teljesen Leidenfrost hőmérsékleten, mert a forró felületről származó energia jó része gőz formájában távozik, ahelyett, hogy a csepp többi részébe kerülne.

A Cheng és munkatársai által kidolgozott felület több száz apró, körülbelül 0,08 milliméter magas, körülbelül egy emberi hajszál szélességű oszlopból áll. Ezek egy rácsban vannak elrendezve, körülbelül 0,12 milliméteres távolságra egymástól. A felszínre helyezve egy vízcsepp körülbelül 100 oszlopot borít be.

Amikor a víz a felszínen ül, az oszlopok a vízcseppbe préselődnek, így több hőt adnak a belső térnek, és gyorsabban felforr a víz. Ez azt jelenti, hogy a Leidenfrost-effektus ezredmásodperceken belül és sokkal alacsonyabb hőmérsékleten is megfigyelhető, mint egy sima felületen, például főzőlapon vagy serpenyőben.

Valójában a csapat 130 Celsius-fok mellett tudta kiváltani a Leidenfrost levitációt, ami jóval alacsonyabb, mint a 230 Celsius-fok, amelyet az ilyen körülmények között jellemző hatásra becsültek.

A mikropelletek között keletkező buborékok szintén képesek a felületről eltávolítani a szennyeződéseket. (Huang et al., Éjszaka. Phys.2024)

Ma a víz kiváló hűtési közeg. A víz körülbelül 100 Celsius-fokon felforr és elpárolog (ez a magasságtól függően kissé változik). A folyékony víz nem lehet ennél a forráspontnál melegebb, mivel gőzzé alakul.

Ezért volt ez az ember tűzön levest főzhetne műanyag zacskóban: a hő átadódik a víznek, ami nem haladhatja meg a műanyag olvadáspontját (megjegyzés: ezt ne tegye, mert a műanyagban olyan vegyszerek vannak, amelyeket nem szeretne a levesbe).

A mikrooszlop felülete ezért hatékonyabb hőátadási mechanizmust kínál, amely sokkal biztonságosabb lehet, mint a jelenleg használatos vízhűtési technológiák, és segít megelőzni a veszélyes baleseteket, például a gőzrobbanásokat.

“A gőzrobbanások akkor fordulnak elő, amikor a folyadékban lévő gőzbuborékok gyorsan kitágulnak a közelben lévő intenzív hőforrás (jelenléte) miatt. Példa arra, ahol ez a kockázat különösen fontos, az atomerőművekben van, ahol a hőcserélők felületi szerkezete befolyásolhatja a gőzt. buborékok növekedését, és potenciálisan kiválthatnak ilyen robbanásokat” mondja Weng Huang mérnök a Virginia Tech.

“A cikkben szereplő elméleti feltárásunk során azt vizsgáljuk, hogy a felület szerkezete hogyan befolyásolja a gőzbuborékok növekedési módját, értékes betekintést nyújtva a gőzrobbanások kockázatának szabályozásába és csökkentésébe.”

A csapat kutatását ben tették közzé Természetfizika.

Leave a Reply

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