Een team van onderzoekers van het Institute of Scientific Instruments in samenwerking met een collega van de Charles University, beide in de Tsjechische Republiek, heeft aangetoond dat warmte efficiënter stroomt wanneer de temperatuur van het materiaal waardoor het stroomt oscilleert, in plaats van stabiel te blijven. In hun paper gepubliceerd in het tijdschrift Physical Review Letters, de groep beschrijft experimenten die ze hebben uitgevoerd met het verwarmen en koelen van helium in een container en de relevantie ervan voor een theorie die slechts twee jaar geleden werd voorgesteld.

In 1916 toonde natuurkundige John William Strutt, 3de Baron Rayleigh, een voorbeeld van een oscillerende warmtestroom. Hij vulde een bak met vloeistof en plaatste er een verwarmde spoel onder en een koelplaat erop. Dit dwong de vloeistof te stijgen en dalen in de container. Het effect is bekend geworden als Rayleigh-Bénard-convectie - het is te zien aan de werking van lavalampen. Twee jaar geleden stelde een team van de Universiteit Twente voor dat de warmtestroom in een Rayleigh-Bénard-convectiesysteem efficiënter zou zijn als de warmte die van de basis komt oscilleert. In deze nieuwe poging hebben de onderzoekers aangetoond dat deze theorie correct is.

Het werk omvatte het maken van een container met een verwarmingsapparaat aan de onderkant dat in de loop van de tijd door een temperatuurgradiënt zou kunnen bewegen. En net als Strutt plaatsten ze er een koelapparaat bovenop. In tegenstelling tot Strutt gebruikten ze echter een gas in plaats van een vloeistof - in hun geval helium. Ze voerden hun experimenten ook uit bij koelere dan omgevingstemperaturen. Om meer te weten te komen over de impact van dergelijke oscillaties op de warmte die door het systeem stroomt, voerden ze meerdere runs uit waarbij de snelheid van de oscillaties varieerde van 0,006 tot 0,2 Hz.

Ze ontdekten dat, zoals voorspeld, een oscillerende warmtebron de warmte efficiënter door het systeem verplaatste - tot wel 25% meer. Eerdere theorie suggereerde dat de verbetering in efficiëntie ontstaat door een destabilisatie tussen de grenzen van de vloeistoffen in de kamer, waardoor de vloeistofgebieden erin gemakkelijker langs elkaar kunnen bewegen. + Verder verkennen

Innovatief experiment voor terugwinning van afvalwarmte in Zweden

© 2022 Science X Network