دانشمندان راهی برای جوشاندن سریعتر و کارآمدتر آب یافتند

دانشمندان موسسه فناوری ماساچوست(MIT) راهی برای جوشاندن سریع‌تر و کارآمدتر آب پیدا کرده‌اند که این نوآوری می‌تواند مصرف انرژی را در صنایع مختلف به طور قابل توجهی کاهش دهد.

کد خبر: ۴۷۶۰۷۵

تاریخ: ۲۷ تير ۱۴۰۱ - ۱۲:۲۰

به گزارش ایران اکونومیست و به نقل از آی‌ای، اگر بتوان آب را سریع‌تر و بهتر به جوش آورد چه می‌شود؟ با کاهش مصرف انرژی، بسیاری از فرآیندهای صنعتی از جمله اکثر نیروگاه‌های تولید برق، بسیاری از سیستم‌های تولید مواد شیمیایی و حتی سیستم‌های خنک کننده دستگاه‌های الکترونیکی از آن بهره‌مند می‌شوند.

بر اساس بیانیه مطبوعاتی موسسه فناوری ماساچوست(MIT)، دانشمندان این موسسه روشی را برای انجام این کار یافته‌اند. این محققان راهی برای بهبود همزمان دو پارامتر کلیدی که منجر به فرآیند جوشیدن آب می‌شوند، یعنی ضریب انتقال حرارت(HTC) و شار حرارت بحرانی(CHF) یافته‌اند.

ضریب انتقال حرارت در علم انتقال حرارت، بیان‌کننده نرخ انتقال حرارت بین یک سطح جامد و سیال اطراف به روش همرفت است.

شار حرارت بحرانی نیز حد حرارتی پدیده‌ای را توصیف می‌کند که در آن یک تغییر فاز در طول گرمایش رخ می‌دهد، مانند تشکیل حباب‌هایی روی سطح فلزی که از آن برای گرم کردن آب استفاده می‌شود، که به طور ناگهانی بازدهی انتقال حرارت را کاهش می‌دهد و در نتیجه موجب گرمای بیش از حد موضعی سطح گرمایش می‌شود.

این کاملاً یک پیشرفت است، زیرا معمولاً بین این دو کمیت، مبادله و موازنه وجود دارد، بنابراین هر چیزی که یکی از این پارامترها را بهبود بخشد، دیگری را مختل می‌کند.

"یانگ‌ساپ سانگ" یکی از نویسندگان این مطالعه می‌گوید: هر دو پارامتر مهم هستند، اما تقویت هر دو پارامتر با هم به نوعی مشکل است، زیرا آنها یک معاوضه ذاتی دارند.

وی افزود: اگر حباب‌های زیادی روی سطح در حال جوشیدن داشته باشیم، به این معنی است که جوشاندن بسیار کارآمد است، اما اگر حباب‌های زیادی روی سطح قبل از جوش داشته باشیم، می‌توانند با هم ترکیب شوند که می‌تواند یک لایه بخار روی سطح جوش ایجاد کند که این لایه، در برابر انتقال حرارت از سطح داغ به آب مقاومت ایجاد می‌کند.

این محقق ادامه داد: اگر بین سطح و آب، بخار داشته باشیم، از بازدهی انتقال حرارت جلوگیری می‌کند و مقدار CHF را کاهش می‌دهد.

پس چگونه محققان به فرآیند جوشاندن کارآمدتر و سریع‌تر دست یافتند؟ آنها با افزودن یک مجموعه حفره‌های ریزمقیاس یا فرورفتگی‌ها به یک سطح، نحوه تشکیل حباب‌ها روی سطح را کنترل می‌کنند. این امر حباب‌ها را به طور موثر به محل فرورفتگی‌ها چسبانده و از پخش شدن آنها و تشکیل یک لایه مقاوم در برابر حرارت جلوگیری می‌کند. سپس ریزحفره‌ها در اندازه ایده‌آل برای بهینه‌سازی این فرآیند قرار می‌گیرند.

"سانگ" توضیح داد: این حفره‌های کوچک موقعیتی را که حباب‌ها بالا می‌آیند، مشخص می‌کنند. اما با جدا کردن این حفره‌ها به اندازه 2 میلی‌متر، حباب‌ها را جدا می‌کنیم و ادغام حباب‌ها را به حداقل می‌رسانیم.

این کار تاکنون امیدوارکننده بوده است، اما پروفسور "اِوِلین وانگ" یکی از نویسندگان این مطالعه اذعان کرد که این کار در شرایط آزمایشگاهی در مقیاس کوچک انجام شده و به راحتی نمی‌توان آن را برای کاربرد عملی در دستگاه‌های مدرن توسعه داد.

وی توضیح داد: این نوع سازه‌هایی که ما می‌سازیم قرار نیست به شکل فعلی‌شان توسعه یابند، بلکه برای اثبات این که چنین سیستمی می‌تواند کارآمد باشد، استفاده می‌شوند.

اکنون این تیم بر روی یافتن راه‌های بیشتر برای ایجاد این نوع بافت‌های سطحی متمرکز شده است که بتوانند در ابعاد عملی و مقیاس‌پذیر استفاده شوند.

پروفسور "وانگ" در پایان گفت: نشان دادن اینکه می‌توانیم سطح را از این طریق کنترل کنیم تا پیشرفت حاصل شود، اولین قدم است. سپس گام بعدی این است که به رویکردهای مقیاس‌پذیرتر فکر کنیم.