Water is vaak de belangrijkste bron voor warmteoverdracht en wordt gebruikt bij grootschalige koeloperaties zoals datacentra die het internet van stroom voorzien en kerncentrales die steden van stroom voorzien. Het ontdekken van dynamische fenomenen om de warmteoverdracht op waterbasis energiezuiniger en kostenefficiënter te maken, is het voortdurende werk van Jonathan Boreyko, universitair hoofddocent en John R. Jones III Faculty Fellow in werktuigbouwkunde.

Boreyko en zijn team hebben uitgebreid gepubliceerd over het onderwerp water en de manier waarop het kan bewegen, waarbij leden van zijn Nature-Inspired Fluids and Interfaces Lab waterdruppels produceren die springen voortgestuwd door oppervlaktespanning en vorst die springt door middel van elektrostatica. Nadat de twee fasen van vloeistof en vaste stof in de eerste twee delen zijn opgenomen, onderzoekt hun derde deel een derde fase met kokend water.

"Tijdens mijn promotieonderzoek aan de Duke University ontdekte ik springende waterdruppels", zegt Boreyko. "Tien jaar later ontdekte mijn eigen afgestudeerde student springend ijs tijdens zijn onderzoek naar de groei van vorst. Dit maakte me vastbesloten een driefasige 'trilogie' voor springend water te voltooien, die we hier bereikten met dit artikel over springende bellen tijdens het koken van water. water toen Hyunggon me de eerste video's liet zien van deze springende bubbels die de trilogie compleet maken, was ik uiteraard aan het springen van opwinding."

Afgestudeerde student Hyunggon Park creëerde een microgestructureerde ketel die bellen kan vrijgeven met een tiende van de gebruikelijke grootte, waarbij een gestaag spervuur ​​van bellen wordt ingezet om energie te transporteren. Het resultaat is een efficiëntere methode om warmte van een oppervlak te verwijderen. Het onderzoek is gepubliceerd in Advanced Functional Materials .

Voortbouwen op koken

Koken is de meest efficiënte manier om continu warmte door water over te dragen. Als het koken constant blijft, geldt dat ook voor het vertrek van energie. Energie wordt weggevoerd in bellen, zoals bolvormige auto's die warme passagiers vervoeren. Normaal gesproken verdwijnen deze belletjes wanneer hun eigen drijfvermogen sterker wordt dan de hechting aan het oppervlak, waardoor ze naar de oppervlakte stijgen en de energie vrijgeven.

De nieuwe methode van Park en Boreyko verbetert dat principe door de vloot van bubbelauto's kleiner en talrijker te maken. Doordat er een constantere afvaart van bubbels is, vertrekken er ook meer energiepassagiers. De bellen wachten niet op hun eigen drijfvermogen om het werk te doen, maar springen sneller weg van het verwarmde oppervlak. Omdat de belletjes ook microscopisch klein zijn, heeft het team een ​​storing opgelost die optreedt bij grotere belletjes en de warmteafvoer vertraagt.

"Normaal gesproken worden deze oppervlaktebellen door het drijfvermogen losgemaakt wanneer ze een diameter van millimeters hebben, waardoor ze kunnen ontsnappen en de hitte als stoom kunnen afvoeren", zegt Boreyko. "Bij koken bij hogere temperaturen smelten deze grote oppervlaktebellen samen en vormen een continue dampfilm. Deze film isoleert de vloeistof van het hete oppervlak, waardoor de warmteoverdracht wordt verstoord."