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研究人员使用小电荷来控制沸水的气泡

研究人员发现,只需切换施加在金属上的电压极性,就可以使金属部分促进起泡(边缘处的两个矩形)或抑制起泡(中心矩形)。麻省理工学院的科学家们首次拥有找到了一种控制沸腾过程的方法该系统可以提高发电和其他工艺的效率沸腾的水,随着水沸腾而从表面上升起的气泡骚动,是大多数发电厂的核心,加热冷却系统和海水淡化厂现在,麻省理工学院的研究人员第一次找到了一种控制这一过程的方法,实际上只需轻触一个电气开关即可提高发电效率和其他工艺,机械工程系教授Evelyn Wang,研究生Jeremy Cho和最近毕业的Jordan Mizerak '14在j出版的论文中描述尽管在工业过程中无处不在沸腾,但是这种对沸腾过程的控制程度,与温度无关,尽管在工业过程中普遍存在沸腾,但之前并没有得到证实。其他系统已经开发出来控制使用电场的沸腾,但这些需要特殊流体而不是水,以及高出千倍的电压,使它们在大多数用途中经济上不切实际。新的壮举是通过向水中添加表面活性剂来实现的 - 基本上产生了肥皂液体带有电荷的表面活性剂分子可被吸引或排斥通过改变施加在金属上的电压的极性,金属表面将金属表面切换成亲水性和疏水性,Wang解释说,添加表面活性剂会使表面变得更加疏水,从而增加成核速率,形成气泡但是反转表面上的电荷会使表面变得亲水,抑制气泡的形成研究人员发现,只需通过转换电荷,它们就可以使气泡形成速度发生十倍的变化正如凝结(例如雨滴的形成)需要“种子”,如尘埃粒子,开始成核过程,沸水形成的气泡也需要成核金属表面上的微小不规则可以提供那些成核点,但如果表面是亲水的,则气泡的形成受到抑制“整个概念依赖于是否一个事实表面是疏水的或亲水的会影响成核速率,“Cho说”如果它是亲水的,则很难使气泡成核“因此,通过切换极性,可以精确控制起泡速率与其他改变金属润湿性的方法不同表面依赖于在表面上创建精确种类的纳米级纹理,该系统利用微小的不规则天然存在于金属表面上并且不需要特殊处理的原则能够主动控制气泡形成速率,从而可以控制金属和液体之间的热传递速率,这可以使得更多用于动力装置或其他应用的高效锅炉,因为目前的设计需要相当大的安全裕度以避免可能严重损坏设备的热点,而大多数此类发电厂大多数时间以稳定的速率运行,能够控制热量动态传输速率可以在全功率升高或降低时提高效率,从而更容易实现输出的实时调整而不会降低效率同样,高性能电子设备的液体冷却也可以通过提高效率来提高效率能够控制鼓泡的速度以防止热点过热,该团队说,这个系统,Cho补充说,提供了“ab能够根据需要选择最佳的传热曲线,“而不是必须选择单一类型的成核行为,允许给定设备预期的最极端加热余量”这允许您选择最佳的传热速率,“他说”拥有能够应对快速变化的锅炉“可以为电网提供额外的灵活性,他说”它给你一个额外的旋钮“来控制系统 Wang说,这项工作已经证明“你可以积极地改变成核速率以前没有证明这是可能的”电厂运营商对于做出改变是正确的保守,Cho说,因为人们依赖于他们的输出,所以即使这个系统只需要相对较小的改变,需要一个示范工厂来证明这个概念在运营规模上但是“我认为没有任何巨大障碍”来建立这样的示范,他说“从理论上讲,它应该很容易“王说,虽然只有通过操作一个全面的系统,才有可能证明其好处超过了安装王的团队的成本”已经显示出一种控制沸腾现象的新方法,“Satish Kandlikar说道。罗切斯特理工学院的机械工程,他没有参与这项研究“这种控制策略将在许多应用中大大改变传热范式,特别是在电子冷却行业,以冷却热点这种策略可以通过使用新技术的简单电控制有效地应用“该研究得到了新加坡 - 麻省理工学院研究与技术联盟和国家科学基金会出版物的支持:H Jeremy Cho ,Jordan P Mizerak&Evelyn N Wang,“使用带电荷的表面活性剂在煮沸过程中打开和关闭气泡”,Nature Communications 6,货号:8599; doi:101038 / ncomms9599资料来源:

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