Люди веками кипятят воду для приготовления обеда, но она также используется в наших холодильниках и даже на международной космической станции в качестве метода охлаждения ее систем. Девяносто процентов всей электроэнергии в Соединенных Штатах вырабатывается паровыми турбинами, которые требуют кипячения для получения пара.
С таким количеством применений и более чем пятидесятилетним исследованиями трудно поверить, что в нашем понимании кипячения есть какие-то камни. Тем не менее, как и во всем, всегда есть место, чтобы узнать больше. Образование пузырей при кипении до конца не изучено.
Процесс кипения во многом определяется динамикой очень тонкой пленки жидкости, присутствующей у основания каждого пузырька пара. Исследователям всегда было сложно изучить эту область в реальном мире просто потому, что на нее так сложно хорошо разглядеть. Пузырьки образуются в непредсказуемых местах во время кипения, и как только они появляются, они мимолетны и немедленно покидают нагретую поверхность.До настоящего времени.
Используя сфокусированный лазерный луч, чтобы по существу нажать кнопку паузы при кипении, исследовательская группа профессора Шалаба Мару и его сотрудники из NIST и RPI создали единственный пузырь пара в бассейне с жидкостью, который может оставаться стабильным на поверхности в течение нескольких часов, а не миллисекунд.Этот метод дает исследователям время, необходимое для микроскопического изучения пузырьков пара и определения способов оптимизации процесса кипения — максимального отвода тепла при минимальном повышении температуры поверхности. Мару предполагает, что это также откроет дверь для достижений во многих системах теплопередачи.«С помощью этой техники мы можем проанализировать основы кипячения», — говорит Мару. «Новое понимание поможет исследователям проектировать поверхностные структуры для достижения желаемой теплопередачи, точно прогнозировать, а также увеличивать кипение в космическом пространстве, где недостаток силы тяжести заставляет пузыри оставаться неподвижными на нагретой поверхности, а также создавать технологию следующего поколения для термической обработки. менеджмент в электронике ».
Работа Мару была полностью опубликована в престижном журнале Nature Publishing Group, Scientific Reports. Внутри Мару подробно описывает свои методы и научные достижения этого исследования, которые включают образование и анализ стационарного пузыря на гидрофильных (водоотталкивающих) и гидрофобных (водоотталкивающих) поверхностях с дегазированной и обычной (содержащей растворенный воздух) водой; визуализация на месте области контактной линии для измерения краевого угла смачивания пузырька пара и анализ для определения верхнего предела коэффициента теплопередачи, возможного при пузырьковом кипении, который получают с помощью экспериментальных измерений микрослоя (тонкой жидкой пленки).Это исследование поддержано Национальным научным фондом в рамках гранта № 1445946.
Ан Цзоу, доктор философии Мару. студент и первый автор опубликованной статьи, успешно защитил докторскую диссертацию. В настоящее время работает пост-доктором в Мичиганском университете.Видео: https://www.youtube.com/watch?v=T2z2PSkRy5c