Wetenschap
Buigen van de nano-bimorph onder temperatuurverandering. Krediet:Universiteit van Hawaï in Manoa
Een nieuwe studie van de Universiteit van Hawaï in Mānoa heeft een nieuwe techniek met warmte opgeleverd die kan helpen ongelukken met kerncentrales te voorkomen.
Koken wordt meestal geassocieerd met verwarmen, echter, in veel industriële toepassingen in verband met extreem hete componenten, zoals kerncentrales en metaalgieten, koken wordt gebruikt als een effectief koelmechanisme. Dit komt door "latente warmte, " de warmte die wordt geabsorbeerd om water in damp te veranderen, die een enorme hoeveelheid warmte van een heet oppervlak verwijdert.
Er is een grens aan de hoeveelheid warmte die door koken kan worden afgevoerd. Het verhogen van deze toelaatbare hittelimiet is om vele redenen belangrijk, maar vooral voor de veiligheid.
Sangwoo Shin, een assistent-professor in werktuigbouwkunde aan het College of Engineering, heeft een nieuw concept aangetoond dat de toelaatbare warmtelimiet of wat bekend staat als de kritische warmteflux (CHF) overwint. Hij leidt een onderzoeksteam dat een nieuwe methode heeft bedacht die de CHF met 10 procent verhoogde in vergelijking met benaderingen die in het verleden werden gebruikt.
Volgens Shin, dit is belangrijk omdat als het oppervlak extreem heet is, het water nabij het oppervlak zal snel in damp veranderen, laat geen vloeistof achter om te gebruiken voor het koelen van het oppervlak.
"Het resultaat van dit falen van koeling leidt tot een meltdown van het verwarmde oppervlak, zoals getuige van de ramp in de kerncentrale van Fukushima in 2011, " legde Shin uit. Het incident werd ingegeven door de Tohoku-aardbeving die Oost-Japan trof, die een tsunami veroorzaakte en de stroom- en koelsystemen van de reactoren van de fabriek uitschakelde. "In dit verband, uitgebreide inspanningen zijn geleverd om de CHF te verhogen, " hij zei.
Daten, een van de meest effectieve manieren om de CHF te verbeteren, is door het oppervlak op te ruwen met nanostructuren, specifiek, nanodraden. Hoge oppervlakteruwheid leidt tot een groter aantal plaatsen waar het bubbelen optreedt, wat resulteert in verhoogde CHF.
Uit de studie bleek dat kokende warmteoverdracht veel gunstiger was met een nieuw concept waarbij het hete oppervlak wordt gecoat met bimorfen op nanoschaal, een stuk lang metaal dat kan buigen bij blootstelling aan hitte als gevolg van thermische uitzetting.
Het hete oppervlak zorgt ervoor dat de bimorfen spontaan vervormen, waardoor de oppervlaktevoorwaarde gunstiger is voor koken.
Shin zegt dat toekomstige studies naar verdere CHF-verbetering kunnen worden verwacht door de juiste geometrie en materiaal voor de nano-bimorfen te kiezen, die kunnen bijdragen aan de ontwikkeling van energie-efficiënte technologieën voor extreem hete systemen.
Deze nieuwe vondst, een samenwerking met onderzoekers van Yonsei University en de University of California Riverside, werd onlangs gepubliceerd in Nano Letters.
Wetenschap © https://nl.scienceaq.com