Результаты исследования, проведенного совместно профессором механических наук Университета Иллинойса и профессором инженерии Ненадом Мильковичем и профессором механической и аэрокосмической инженерии Аруном Кота из Университета штата Северная Каролина, опубликованы в журнале Science Advances.
Во многих природных и промышленных системах теплопередача за счет конденсации. По словам исследователей, этот тип передачи энергии происходит наиболее эффективно, когда пар конденсируется на поверхности в виде капель, а не пленок.
Капли должны быть подвижными, чтобы поверхность оставалась чистой для непрерывной и эффективной передачи энергии, а скользкая поверхность очень помогает.
По словам Мильковича, определение того, как капли конденсата растут и сливаются во время конденсации, является областью науки, которая долгое время не рассматривалась. Исследователи выдвинули гипотезу, что конденсирующая поверхность, называемая смачивающей или несмачивающей, в зависимости от ее способности притягивать или отталкивать воду, не имеет значения, когда дело доходит до защиты поверхности от капель, вопреки общепринятому мнению.
Чтобы проверить это, команда Коты разработала уникальную твердую поверхность, которая одновременно смачивается и скользкая для капель воды. «Это нелогично, потому что капли, как правило, прилипают к влажным поверхностям и не скользят по ним легко», – сказал Кота.
Команда Мильковича использовала покадровые изображения капель, образующихся на этих уникальных твердых поверхностях, чтобы измерить угол контакта между каплями и поверхностью и подсчитать, сколько капель существует в разных диапазонах размеров, когда они сливаются.
«Мы обнаружили, что, когда твердые поверхности скользкие, конденсированные капли сливаются с окружающими каплями и сбрасываются с поверхности, независимо от того, имеем ли мы дело с смачиваемой или несмачиваемой поверхностью», – сказал Кота.
Это наблюдение означает, что в качестве поверхностей конденсации можно использовать больше разнообразных материалов, а не только водоотталкивающих.
«Вместо использования специализированных полимерных поверхностей, которые трудно прилипать к металлу и которые служат всего несколько месяцев, электростанции могут использовать более прочные смачивающие материалы для отвода воды, такие как керамика или металл, которые были спроектированы так, чтобы быть скользкими. и может длиться 10 лет или дольше », – сказал Милькович. «Эта же концепция полезна и для других приложений, таких как создание новых противообледенительных поверхностей для крыльев самолетов и линий электропередач, а также водоотталкивающих покрытий для энергоснабжения зданий, систем вентиляции и кондиционирования."
Исследователи сообщают, что существуют проблемы, которые необходимо преодолеть при разработке новых влажных и скользких твердых материалов для использования на поверхностях с конденсацией. По их словам, материалы должны быть химически и текстурно однородными, что по-прежнему может быть дорогостоящим.
«Эта работа не только демонстрирует ранее неизведанную идею использования хорошо спроектированных прочных и смачивающих твердых поверхностей для достижения высокой подвижности капель, но также дает новое понимание фундаментальной научной теории, лежащей в основе конденсации», – сказал Милькович.