Фізики навчилися керувати бульбашками в киплячій воді

Вчені з Массачусетського технологічного інституту навчилися «вмикати» і «вимикати» за бажанням утворення бульбашок на поверхні водонагрівачів. За допомогою нового методу можна точно керувати процесом кипіння, домагаючись таким чином максимальної ефективності і уникаючи небезпеки перегріву. Дослідження опубліковане в .Для контролю освіти бульбашок автори змінювали змочуваність поверхні нагрівача. Це досягалося за рахунок адсорбції-десорбції поверхнево-активних речовин (ПАВ) з незарядженим гідрофобним «хвостом» і зарядженою «головою». Варіюючи заряд нагрівача, вчені змушували молекули ПАВ сідати на поверхню або віддалятися від неї. Якщо нагрівач покривався молекулами ПАВ, їхні гідрофобні «хвости» стирчали назовні, покращуючи змочуваність поверхні. Через це поліпшувалася освіта бульбашок. У тому випадку, коли нагрівач був заряджений тим же знаком, що і «голови» молекул ПАВ, вони залишали поверхню, змочуваність поліпшувалася, і утворення бульбашок знову ставало невигідним.


Автори показали, що процес сорбції-десорбції відбувався в інтервалі десятих часток секунди. При цьому для перезарядки поверхні були потрібні невеликі різниці потенціалів близько двох вольт. Також виявилося, що за допомогою нового методу можна контролювати освіту бульбашок не тільки в часі, але і в просторі. Для демонстрації вчені виготовили масив з восьми незалежних електродів і «включали» утворення бульбашок на різних ділянках кювети. Контроль над утворення бульбашок пара відіграє величезну роль у промислових водонагрівальних установках. Занадто слабке пароутворення призводить до повільного відведення тепла від стінок і малої ефективності теплообміну. Тоді як занадто активна генерація бульбашок може викликати утворення суцільного прошарку пара на поверхні нагрівача, що в свою чергу призведе до перегріву і, ймовірно, поломки. Найчастіше утворення бульбашок контролюють за рахунок температури нагріву, а також пасивної модифікації поверхні. Наприклад, якщо нагрівач покрити «лісом» наностержней, бульбашки утворюються більш рівномірно. Існували й «активні» методи, але для їх реалізації були потрібні різниці потенціалів на кілька порядків вище, ніж описано в новій роботі.


COM_SPPAGEBUILDER_NO_ITEMS_FOUND