Verdamping kan verklaren waarom het waterpeil in een vol zwembad daalt, maar het speelt ook een belangrijke rol in industriële processen, variërend van koelelektronica tot energieopwekking. Een groot deel van de wereldwijde elektriciteitsvoorziening wordt opgewekt door stoomcentrales, die worden aangedreven door verdamping.

Maar het bepalen wanneer en hoe snel een vloeistof in een damp zal veranderen, werd belemmerd door vragen over hoe - en hoeveel - de temperatuur verandert op het punt waar de vloeistof de damp ontmoet, een concept dat bekend staat als temperatuurdiscontinuïteit. Die vragen hebben het moeilijker gemaakt om efficiëntere processen te creëren met behulp van verdamping, maar nu hebben onderzoekers van de Universiteit van Houston antwoorden gerapporteerd op wat er op die interface gebeurt, het aanpakken van 20 jaar van tegenstrijdige bevindingen. Het werk werd gemeld in de Journal of Physical Chemistry C .

De temperatuurdiscontinuïteit werd voor het eerst gerapporteerd in 1999 door de Canadese onderzoekers G. Fang en C.A. Afdeling, die opmerkten dat ze het fenomeen niet konden verklaren door middel van klassieke mechanica. Het nieuwe werk lost dat mysterie op.

Hadi Ghasemi, Cullen Universitair Hoofddocent Werktuigbouwkunde aan de UH, zei dat het nieuwe begrip de "bottleneck" elimineert die gecompliceerde voorspellingen en simulaties van processen met verdamping heeft.

"We hebben de fysica gedemonstreerd van wat er gebeurt binnen de ruimte van een paar moleculen aan het grensvlak en hebben nauwkeurig een theorie ontwikkeld over de verdampingssnelheid, " zei Ghasemi. "Dat stelde ons in staat om alle tegenstrijdige bevindingen die in de afgelopen 20 jaar zijn gemeld te verklaren en dit mysterie op te lossen."

Naast Ghasemi, co-auteurs voor het artikel waren onder meer eerste auteur Parham Jafari, een doctoraat student aan de UH, en Amit Amritkar, een onderzoeksassistent-professor aan de UH.

De onderzoekers benaderden de vraag eerst in het lab, maar Ghasemi zei dat ze niet in staat waren om de benodigde ruimtelijke resolutie voor een definitief antwoord te krijgen. Ze gebruikten een computationele benadering om de eigenschappen van vloeistof en damp te vinden binnen de lengte van een paar moleculen.

De verklaring - ontwikkeld met behulp van de Direct Simulation Monte Carlo-methode - stelt wetenschappers in staat om de prestaties van alle systemen nauwkeuriger te simuleren op basis van de verdampingstheorie.

"Met dit inzicht we kunnen nauwkeuriger simulaties van prestaties en efficiëntie ontwikkelen, evenals het ontwerpen en voorspellen van het gedrag van geavanceerde systemen, ' zei Ghasemi.

Dat zou toepassingen hebben voor energie, elektronica, fotonica en andere velden.

Als slechts één voorbeeld van het belang van verdamping, Ghasemi merkte op dat 80% van de elektrische stroom wereldwijd wordt opgewekt door stoomcentrales, die werken op basis van verdampingsverschijnselen.