MIT团队找到改善工业沸水工艺的方法

2022年7月23日09:33:50MIT团队找到改善工业沸水工艺的方法已关闭评论


    包括大部分的发电厂、大多数的化学品量产系统,甚至于电子设备的冷却系统在内,这些工业加工过程中,一个能源密集的步骤就是加热水或者其他液体。通过对水加热和蒸发系统的改进,就能明显减少能源的使用。为此,MIT 的一支科研团队找到了新的方式,在这些系统中升级材料的表面处理工艺可以达到这个效果。
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    科研团队使用了 3 种不同表面不同尺寸的材料,协作来改善效率。相关成果发表在《Advanced Materials》上,该团队包括 MIT 的毕业生 Youngsup Song、福特工程学教授 Evelyn Wang、以及 MIT 的其他 4 名同学。
    在煮沸工艺中最核心的两个要素就是热传导系数(HTC)和临界热流量(CHF)。在材料设计中,这两个要素往往存在一种平衡,因此单纯地改善其中一个要素就会导致另一个要素变差。而两个要素都是煮沸工艺中的重要因素。科研团队通过在材料表面添加不同的纹理,科学家找到了同时改善这两个要素的方法。
    Song 表示:“这两个要素都是非常重要的。但由于内在的平衡,同时改善这两个要素却是非常困难的。其原因是如果沸腾的表面出现了大量的气泡,这表明煮沸工艺是非常高效的。可是在表面出现大量气泡之后它们也可以合并在一起,在沸腾表面形成蒸汽膜。而这个蒸汽膜会阻碍热表面到水的热传导。一旦表面和水之间出现蒸汽,这就会降低热传播效率,并降低 CHF 值”。
    Song 目前就职于劳伦斯伯克利国家实验室,该项目是他的博士毕业论文。通过添加一系列细小的空腔/凹痕,让材料表面能够有效的固定这些气泡,从而防止它们扩散形成蒸汽膜。
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    在他的研究中,团队创建了从 10 微米到 2 毫米不等的凹坑,来阻止形成蒸汽膜。不过这些凹坑也影响了煮沸的效率。为此科研团队将材料表面处理尽量控制在较小范围内,在纳米级别创建这些凹坑,并增加表面预期,从而产生更多的气泡。