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    致力于纳米表面以提高发电厂的效率

    2019-8-11 10:32| 发布者: admin| 查看: 5| 评论: 0

    新研究提供了关于这些液滴如何形成的重要新见解,以及在纳米尺度上对收集表面进行图案化以促进液滴更快形成的方法,这些见解可以使新一代效率更高的发电厂和海水淡化厂成为可能。

    尽管对凝结机理的分析是一个古老的领域,但近年来随着微观和纳米图案技术的兴起,它已经重新出现,这些技术将凝结表面形成了前所未有的程度。影响液滴形成行为的表面的关键特性被称为“润湿性”,其确定液滴是否在诸如热扒炉上的水滴之类的表面上高,或者快速展开以形成薄膜。

    对于发电厂的运行来说,这是一个关键问题,在这里,使用化石燃料或核裂变的热量将水煮沸; 由此产生的蒸汽驱动涡轮机连接到发电机,产生电力。离开涡轮机后,蒸汽需要冷却并冷凝回液态水,因此可以返回锅炉并再次开始处理。(这就是在发电厂看到的巨型冷却塔内部发生的情况。)

    通常,在冷凝表面上,液滴逐渐变大,同时通过表面张力粘附到材料上。一旦它们变得如此之大以至于重力克服了将它们保持在适当位置的表面张力,它们就会下降到下面的容器中。但事实证明,有很多方法可以让它们从表面上掉下来 - 甚至从表面“跳”出来 - 在重力接管之前很久就会变得更小。这减少了被去除的液滴的大小,并使得热量的传递效率更高。

    一种机制是鼓励相邻液滴合并在一起的表面图案。当他们这样做时,能量被释放,“从表面引起反冲,液滴实际上会跳脱,之前已经观察到这种机制,但新作品“为这个故事增添了新篇章。很少有研究人员在跳跃前详细研究了水滴的生长情况。“

    这一点很重要,因为即使跳跃效果允许液滴比其他情况更快地离开表面,如果它们的生长滞后,实际上可能会降低效率。换句话说,它不仅仅是释放时重要的液滴大小,而且还有它增长到这个大小的速度。

    “这还没有确定过,在许多情况下,该团队发现,“你认为你正在加强传热,但实际上你的传热会变差。”

    在之前的研究中,“热传递尚未明确测量,因为它很难测量,并且表面图案化的凝结领域仍然相当年轻。通过将液滴生长速率和热传递的测量结合到他们的计算机模型中,研究团队能够比较各种表面图案的方法,并找到实际提供最有效的热传递的方法。

    一种方法是在表面上形成一个小柱子的森林:水滴倾向于坐在柱子的顶部,而只是局部润湿表面而不是润湿整个表面,最小化接触面积并促进更容易的释放。但该团队发现,支柱的确切尺寸,间距,宽高比和纳米级粗糙度可以对它们的工作效果产生很大影响。

    如果你正确地定制它们,我们的表面可以将热传递提高71%[与目前仅用于高效冷凝器系统的扁平非润湿表面相比]随着更多工作探索表面图案的变化,应该可以进一步改进。

    提高效率还可以提高从海水生产饮用水的工厂的水生产率,甚至可以提高依赖于最大化蒸发器(太阳能收集器)表面积和最小化冷凝器(热交换器)表面积的建议的新太阳能系统。提高太阳能收集的整体效率。类似的系统可以改善计算机芯片中的热量移除,这通常基于传热液体通过称为热管的装置的内部蒸发和再冷凝。

    看到球形和球形凝结水滴在同一结构上共存是很有趣的。...在本文中使用的环境电子显微镜解决的尺度上,我们知之甚少。这些发现可能会影响未来对防露材料和冷凝器的研究。

    目前正在进行的研究的下一步是扩展液滴实验和计算机建模的研究结果 - 并在工业规模上快速,低成本地找到更有效的配置和方法。

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