Bilim İnsanları Suyu Daha Verimli Kaynatmanın Bir Yolunu Buldu

İster mutfakta demlenen bir fincan çay olsun, ister elektrik üreten bir elektrik santrali olsun, sürekli olarak kaynamış suya ihtiyaç duyarız. Bu sürecin verimliliğindeki herhangi bir iyileştirme, her gün kullanılan toplam enerji miktarı üzerinde büyük bir etkiye sahip olacaktır.

Bu tür bir iyileştirme, suyun ısıtılması ve buharlaştırılmasıyla ilgili yüzeyler için yeni geliştirilmiş bir sistemle mümkün olabilir. İşlem, kaynama sürecini belirleyen iki anahtar parametreyi iyileştiriyor: ısı transfer katsayısı (HTC) ve kritik ısı akışı (CHF).

Çoğu zaman, bu ikisi arasında bir değiş tokuş vardır - biri iyileşirken diğeri daha da kötüleşir. Yıllarca süren araştırmalardan sonra, her ikisini de geliştirmenin bir yolu bulundu.

California'daki Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı'ndan biyoinformatik bilimcisi Youngsup Song, "Her iki parametre de önemlidir, ancak her iki parametreyi birlikte geliştirmek biraz zor, çünkü içsel bir dengeleri var" diyor.

Sıcak yüzey ile su arasındaki herhangi bir buhar filmi, direnç oluşturarak ısı transfer verimini ve CHF değerini düşürür. Sorunu aşmak için araştırmacılar üç farklı türde yüzey modifikasyonu tasarladılar.

İlk olarak, bir dizi mikro ölçekli tüp eklenir. Yaklaşık 2 milimetre aralıklı bu 10 mikrometre genişliğindeki tüp dizisi, kabarcık oluşumunu kontrol eder ve kabarcıkları boşluklara sabitler. Bu, bir buhar filminin oluşmasını engeller.

Aynı zamanda yüzeydeki kabarcık konsantrasyonunu azaltarak kaynama verimini düşürür. Bunun üstesinden gelmek için, araştırmacılar ikinci modifikasyon olarak daha da küçük ölçekli bir sistem uyguladılar ve içi boş tüplerin yüzeyine sadece nanometre boyutunda tümsekler ve çıkıntılar eklediler. Bu, mevcut yüzey alanını arttırır ve buharlaşma oranlarını arttırır.

Son olarak, mikro ölçekli boşluklar, malzeme yüzeyindeki bir dizi sütunun ortasına yerleştirildi. Bu sütunlar, daha fazla yüzey alanı ekleyerek sıvının çekme sürecini hızlandırır. Kombinasyon halinde, kaynama verimliliği önemli ölçüde artar.

Nano yapılar ayrıca kabarcıkların altında buharlaşmayı desteklediğinden ve sütunlar bu kabarcık tabanına sabit bir sıvı kaynağı sağladığından, kaynayan yüzey ile kabarcıklar arasında bir su tabakası korunabilir ve maksimum ısı akışını arttırır.

Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nden makine mühendisi Evelyn Wang, "İyileştirme elde etmek için yüzeyi bu şekilde kontrol edebileceğimizi göstermek ilk adımdır" diyor. "O zaman bir sonraki adım, daha ölçeklenebilir yaklaşımlar hakkında düşünmektir."

"Yaptığımız bu tür yapılar, mevcut formlarında ölçeklendirilmek için tasarlanmamıştır."

Çalışmayı küçük ölçekli bir laboratuvar ortamından ticari endüstrilerde kullanılabilecek bir şeye dönüştürmek o kadar kolay olmayacak, ancak araştırmacılar bunun yapılabileceğinden eminler.

Zorluklardan biri, yüzey dokularını ve modifikasyonların üç "katını" yaratmanın yollarını bulmak olacak. İyi haber şu ki, keşfedilebilecek farklı yaklaşımlar var ve prosedür farklı sıvı türleri için de işe yarayabilir.

Song, "Bu tür ayrıntılar değiştirilebilir ve bu bizim bir sonraki adımımız olabilir" diyor.

Araştırma Advanced Materials'da yayınlandı.