Jonathan Boreyko, ein Assistenzprofessor für Maschinenbau, und sein Team haben dynamische Phänomene im Zusammenhang mit wasserbasierter Wärmeübertragung untersucht. In ihrer neuesten Studie untersuchen sie das Springverhalten von Blasen während des Siedens von Wasser und bilden damit eine “Trilogie” von Phänomenen im Drei-Phasen-Bereich.
Graduate Student Hyunggon Park hat einen mikrostrukturierten Kessel entwickelt, der kleinere Blasen in höherer Geschwindigkeit abgibt und damit eine effizientere Wärmeabfuhr von einer Oberfläche ermöglicht. Durch die Konstruktion von Oberflächen mit Mikrohohlräumen hat das Team eine Situation geschaffen, in der Blasen bei geringer Größe verschmelzen und sich aufgrund starker Oberflächenspannungskräfte von der Oberfläche abstoßen. Diese verbesserte Methode der Blasenbildung und des Abgangs führt zu einer besseren Wärmeübertragung.
Der Ansatz des Teams bietet Vorteile gegenüber früheren Methoden, die auf hydrophoben Beschichtungen und fragilen Nanostrukturen beruhten. Springende Blasen bevorzugen hydrophile Oberflächen und größere, widerstandsfähigere Mikrohohlräume. Die nächsten Schritte des Teams umfassen die Messung von Verbesserungen der Wärmeübertragung bei verschiedenen Temperaturen und Oberflächengeometrien, um das Potenzial des springenverbesserten Siedens vollständig zu verstehen.

Einführung

In neueren Studien untersuchen Jonathan Boreyko und sein Team am Department of Mechanical Engineering Phänomene im Zusammenhang mit wasserbasiertem Wärmeübergang. Vorher hatten sie über Wassertröpfchen berichtet, die durch Oberflächenspannung angetrieben werden, und über Frost, der durch Elektrostatik springt. Ihre neueste Studie konzentriert sich auf das Springverhalten von Bläschen während des Siedens von Wasser und vervollständigt damit eine “Trilogie” dreiphasiger Phänomene.

Der mikrostrukturierte Kessel

Graduate Student Hyunggon Park hat einen mikrostrukturierten Kessel entwickelt, der in der Lage ist, kleinere Bläschen in höherer Geschwindigkeit freizusetzen, was zu einem effizienteren Wärmeabtransport von einer Oberfläche führt. Durch die Konstruktion von Oberflächen mit Mikrohohlräumen hat das Team eine Bedingung geschaffen, bei der Bläschen in kleinem Maßstab verschmelzen und aufgrund starker Oberflächenspannungskräfte von der Oberfläche abprallen. Diese verbesserte Methode der Blasenbildung und des Abgangs verbessert den Wärmeübergang.

Vorteile gegenüber früheren Methoden

Der Ansatz des Teams bietet Vorteile gegenüber früheren Methoden, die auf hydrophoben Beschichtungen und empfindlichen Nanostrukturen beruhten. Springende Bläschen bevorzugen hydrophile Oberflächen und größere, widerstandsfähigere Mikrohohlräume. Das bedeutet, dass die neue Methode robuster ist und für eine breitere Palette von Anwendungen eingesetzt werden kann.

Nächste Schritte

Die nächsten Schritte für das Team umfassen die Messung von Verbesserungen des Wärmeübergangs bei verschiedenen Temperaturen und Oberflächengeometrien, um das Potenzial des springunterstützten Siedens vollständig zu verstehen. Diese weitere Forschung wird dazu beitragen, praktische Anwendungen für die Technologie in Branchen wie der Stromerzeugung, der Elektronikkühlung und der Wärmemanagement zu entwickeln.

Schlussfolgerung

Die von Jonathan Boreyko und seinem Team durchgeführte Studie untersucht das Springverhalten von Bläschen während des Siedens von Wasser. Durch die Entwicklung eines mikrostrukturierten Kessels haben sie einen Weg gefunden, den Wärmeübergang durch die Verwendung von springenden Bläschen zu verbessern. Diese Methode bietet Vorteile gegenüber früheren Ansätzen und hat das Potenzial, den Wärmeabtransport in verschiedenen industriellen Anwendungen zu verbessern. Mit weiterer Forschung könnte diese Technologie das Feld des wasserbasierten Wärmeübergangs revolutionieren.

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