Исследовательская группа под руководством Гонконга решила многовековую проблему, которая сделала невозможным использование воды для охлаждения очень горячих поверхностей, от ракетных двигателей до сковородок.
Ведущий исследователь Ван Цзуанкай, профессор кафедры машиностроения Городского университета Гонконга, впервые столкнулся с этим явлением в 10-летнем возрасте в своем родном городе в восточной китайской провинции Шаньдун. «К нам в деревню пришел волшебник и совершил хождение босиком по раскаленным железным столбам.
Я не смел смотреть», — сказал Ван. «Теперь я знаю, что это эффект Лейденфроста — он не пострадал, потому что окунул ноги в воду, прежде чем броситься через колонны, создав слой пара, который служил защитой». Названный в честь немецкого врача Иоганна Готтлоба Лейденфроста, впервые описавшего его в 18 веке, эффект часто наблюдается на кухнях — когда капли воды отскакивают, как бусинки, от удара о горячую сковороду.
Между жидкостью и поверхностью образуется барьер для пара, который препятствует кипению и испарению воды, уменьшая теплопередачу при высоких температурах.
Хотя этот эффект является благом для огнеходов, он был дорогостоящей проблемой в сталелитейной, аэрокосмической промышленности и атомных электростанциях, где быстрое охлаждение от чрезвычайно высоких температур является обычной потребностью, обычно решаемой с помощью воздуха.
Теперь Ван и его команда ученых в Гонконге, материковом Китае и Франции говорят, что они решили проблему теплового охлаждения 265-летней давности, в статье, опубликованной в четверг в рецензируемом журнале Nature.
Исследовательская группа разработала недорогую, тонкую и гибкую пленку, которую Ван описал как «структурированную тепловую броню», которая может выдерживать температуры до 1150 градусов по Цельсию (2102 по Фаренгейту).
Пленка может быть приварена к плоским или изогнутым поверхностям и впервые позволяет преодолеть эффект Лейденфроста и эффективно охлаждать их при сверхвысоких температурах, используя только воду.
Ученые заявили, что их новый материал потенциально может повысить безопасность в аэрокосмических двигателях, оборонном оружии и ядерных установках следующего поколения.
Пленка состоит из крошечных проводящих стальных столбиков, удерживающих изолирующую волокнистую мембрану, которая поглощает жидкость, которая затем испаряется.
Столбы служат теплообменными мостиками, а между ними находятся U-образные канавки, работающие как подземные каналы для отвода пара.
Китайские ученые могут быть на шаг ближе к квантовой машине для взлома кода: «Структура похожа на сложную систему общественного транспорта, в которой метро — пар — работает под землей, а автобусы — жидкость — на шоссе, чтобы облегчить движение и отвлечь его от переполненных дорог. ", - сказал Ван. «В нашем случае пар и жидкость разделены — пар выходит вертикально, а жидкость уходит вбок, так что охлаждение может происходить непрерывно». По словам Ванга, новый материал можно наносить на поверхности ракет в качестве лучшей альтернативы нынешнему теплоизоляционному слою, который технически сложен в производстве и может легко отвалиться после запуска.
С нанесенной пленкой распылители воды можно использовать для охлаждения поверхностей ракеты во время запуска, когда они подвергаются воздействию экстремальных температур более 1000 градусов по Цельсию (1832 по Фаренгейту).
Ван сказал, что еще одним возможным применением являются турбины двигателей, которые в настоящее время используют воздушное охлаждение.
Он также предположил, что эту технологию можно применять в закрытых каналах и в очень малых масштабах — вплоть до создания крошечных водопроводных труб внутри квантовых компьютерных чипов.
bbabo.Net