Физики из Вирджинского политехнического института и университета штата (Virginia Polytechnic Institute and State University) открыли новый способ левитации воды, детально изученный ещё около 300 лет назад Иоганном Готлобом Лейденфростом. Предложенное решение резко снижает температуру, при которых капельки воды в жидкости начинают летать над охлаждаемой поверхностью. Открытие способно повысить эффективность теплоотвода в системах водяного охлаждения, например, в атомных реакторах.
Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews
Так называемый эффект Лейденфроста заключается в том, что прослойка пара между каплей жидкости и перегретой поверхностью служит изолятором для тепла, что также заставляет каплю летать над поверхностью. В критических случаях это может приводить к взрывам пара, что недопустимо в случае эксплуатации ядерных реакторов и, в принципе, в целом в сфере охлаждения (сюрпризы при эксплуатации оборудования никому не нужны).
Исследователи из Вирджинии поставили перед собой задачу создать более мягкие условия для передачи тепла от охлаждаемой поверхности жидкости, чтобы снизить риск взрывного парообразования, который растёт по мере нагрева среды.
Источник изображениq: Nature
«Мы полагали, что микропилляры изменят поведение этого хорошо известного явления [эффект Лейденфроста], но наши результаты превзошли даже наше собственное воображение, — рассказал инженер-механик Цзинтао Ченг (Jingtao Cheng) из Вирджинского политехнического института и университета штата. — Наблюдаемые взаимодействия пузырьков [пара] и капель являются большим открытием в области теплопередачи при кипении».
Предложенная учёными охлаждаемая поверхность состоит из сотен крошечных столбиков высотой около 0,08 мм. Они расположены в виде сетки с шагом ячейки около 0,12 мм. При размещении на такой поверхности капля воды покрывает около 100 столбиков. Вдавленные внутрь капли, эти столбики заставляют её быстрее закипать. В результате, эффект левитации проявляется значительно быстрее и при температуре всего 130 °C вместо примерно 230 °C для обычных плоских поверхностей.
Открытие наверняка можно использовать в массе областей, где используется жидкостное охлаждение, включая область компьютеров и особенно суперкомпьютеров, размещать которые всё чаще и чаще начинают на атомных электростанциях — настолько быстро растёт их потребление.