Đun sôi nước theo cách của viện MIT

Sự đổi mới có thể làm giảm việc sử dụng năng lượng trong nhiều ngành công nghiệp.
Đun sôi nước theo cách của viện MIT

Điều gì sẽ xảy ra nếu nước có thể được đun sôi nhanh chóng và hiệu quả hơn? Nó sẽ mang lại lợi ích cho nhiều quy trình công nghiệp bằng cách giảm sử dụng năng lượng, bao gồm hầu hết các nhà máy phát điện, nhiều hệ thống sản xuất hóa chất và thậm chí cả hệ thống làm mát cho thiết bị điện tử.

Cải thiện hệ số truyền nhiệt và thông lượng nhiệt tới hạn

Giờ đây, các nhà khoa học của MIT đã hình thành một phương pháp để thực hiện điều đó, theo một thông cáo báo chí của tổ chức này được công bố hôm thứ Ba. Các nhà nghiên cứu đã tìm ra cách cải thiện đồng thời hai thông số quan trọng có lợi cho quá trình sôi là hệ số truyền nhiệt (HTC) và thông lượng nhiệt tới hạn (CHF).

Đây là một bước phát triển vì thường có sự cân bằng giữa hai thông số, vì vậy bất kỳ thứ gì cải thiện một trong các thông số này đều có xu hướng làm cho thông số kia trở nên tệ hơn.

“Cả hai thông số đều quan trọng,” đồng tác giả nghiên cứu và tiến sĩ Youngsup Song vừa tốt nghiệp cho biết, “nhưng việc tăng cường cả hai thông số cùng nhau là một việc khó khăn vì chúng có sự đánh đổi nội tại.”

“Nếu chúng ta có nhiều bọt trên bề mặt sôi, điều đó có nghĩa là quá trình đun sôi rất hiệu quả, nhưng nếu chúng ta có quá nhiều bọt trên bề mặt, chúng có thể kết hợp lại với nhau, có thể tạo thành một màng hơi trên bề mặt sôi.”

Màng đó tạo ra lực cản đối với sự truyền nhiệt từ bề mặt nóng sang mặt nước. “Nếu chúng ta có hơi nước ở giữa bề mặt và nước, điều đó sẽ ngăn cản hiệu quả truyền nhiệt và làm giảm giá trị CHF,” nhà nghiên cứu nói thêm.

Các lỗ hổng ở quy mô siêu nhỏ

Vậy các nhà nghiên cứu đã làm cách nào để đạt được quá trình đun sôi hiệu quả hơn và nhanh hơn? Bằng cách thêm một loạt các lỗ nhỏ hoặc vết lõm vào một bề mặt, kiểm soát cách bong bóng hình thành trên bề mặt đó. Điều này giữ cho các bong bóng được ghim một cách hiệu quả vào vị trí của các vết lõm và ngăn chúng lan ra thành một lớp màng cản nhiệt.

Các vi khoang sau đó được định vị ở độ dài lý tưởng để tối ưu hóa quá trình này.

Song giải thích: “Những lỗ hổng siêu nhỏ đó xác định vị trí mà bong bóng xuất hiện. "Nhưng bằng cách tách các khoang đó ra 2 mm, chúng tôi tách các bong bóng ra và giảm thiểu sự kết tụ của các bong bóng."

Công việc này cho đến nay vẫn đầy hứa hẹn, nhưng đồng tác giả của nghiên cứu, Giáo sư Kỹ thuật Evelyn Wang, MIT, cho rằng nó diễn ra trong điều kiện phòng thí nghiệm quy mô nhỏ không thể dễ dàng thu nhỏ để ứng dụng thực tế trong các thiết bị hiện đại.

Cô giải thích: “Những loại cấu trúc mà chúng tôi đang tạo ra không có nghĩa là được thu nhỏ ở dạng hiện tại, mà là được sử dụng để chứng minh rằng một hệ thống như vậy có thể hoạt động.

Giờ đây, nhóm đang tập trung vào việc tìm kiếm các cách bổ sung để tạo ra các loại kết cấu bề mặt này có thể được sử dụng trong các kích thước thực tế.

Cô kết luận: “Cho thấy rằng chúng ta có thể kiểm soát bề mặt theo cách này để nâng cao chất lượng là bước đầu tiên. “Sau đó, bước tiếp theo là suy nghĩ về các phương pháp tiếp cận có thể mở rộng hơn.”

Phạm Tuấn
Theo Interesting engineering
CÙNG CHUYÊN MỤC
ĐỌC THÊM