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Posted in | Nanoanalysis

Neue Ergebnis-Show, Dass die Nano--Texturierung von Oberflächen Eisbildung Verhindern Kann

Published on January 24, 2011 at 6:01 AM

Die Leute, die in den älteren Gebäuden hören leben häufig, Stampfengeräusche in ihren Rohrleitungs- oder Kühlerrohren - es ist ein weithin bekannter Effekt, der einen Wasserschlag genannt wird, den auftreten kann, wenn ein Ventil plötzlich in in einem tragenden Wasser oder einem Dampf des Rohres geöffnet oder geschlossen ist und veranlaßt eine Druckwelle, sich hinunter das Rohr mit genügender Kraft fortzupflanzen, dass es die Rohre manchmal veranlassen kann zu bersten.

Jetzt zeigt neue Forschung, dass ein ähnlicher Effekt auf einer kleinen Schuppe stattfindet, wann immer ein Tröpfchen des Wassers eine Oberfläche schlägt.

Dieses Farbe-erhöhtes Bild zeigt ein Tröpfchen des Wassers, das auf einer superhydrophobic Oberfläche abgegeben wird, kurz bevor es vom Tropfenzähler sich trennt, der verwendet wird, um ihn abzugeben.

Kripa Varanasi, Mitverfasser MITs eines Berichtes über das neue Finden diese Woche veröffentlicht in den Zapfen Körperlichen Zusammenfassungs-Schreiben, sagt, dass das Phänomen Ingenieuren helfen könnte, dauerhaftere kondensierende Oberflächen zu konstruieren, die in den Entsalzungsanlagen und in den Dampf-basierten Triebwerkanlagen verwendet werden. Andere Mitverfasser enthalten MIT-Maschinenbaustudenten im aufbaustudium Hyuk-Protokoll Kwon und Adam Paxson und außerordentlichen Professor Neelesh Patankar der Northwestern-Universität.

Varanasi, der d'Arbeloff Assistenzprofessor des Maschinenbaus, sagt, dass der Effekt erklärt, warum die Schaufeln, die in den Triebwerkanlageturbinen verwendet werden, neigen, so schnell zu vermindern und häufig ausgetauscht werden zu müssen, und zu die Auslegung von dauerhafteren Turbinen führen könnte. Da über Hälfte alles Stroms, der in der Welt erzeugt wird, von den Dampfturbinen kommt - ob geheizt durch Kohle, Kernbrennstoff, Erdgas oder Erdöl - verbessernd, konnten ihre Langlebigkeit und Leistungsfähigkeit die Ausfallzeit verringern und die Gesamtausgabe für diese Pflanzen erhöhen und helfen folglich, die Weltemissionen von Treibhausgasen zu bändigen.

Es hat weit verbreitete Zinsen an der Entwicklung von superhydrophobic (wasser-abstoßenden) Oberflächen gegeben, sagt Varanasi, die in einigen Fällen die strukturierten Oberflächen nachahmen, die in der Natur, wie Lotosblättern und der Haut von Geckos gefunden werden. Aber die meiste Forschung, die bis jetzt geleitet wird auf, wie solche Oberflächen sich benehmen, sind statische Prüfungen gewesen: Zu die Methodentröpfchen von den verschiedenen Größen sehen heraus ausgebreitet auf solchen Oberflächen (genannt Nassmachen) oder wie sie bis zu den größeren Tröpfchen des Formulars bördeln, ist die typische Methode, Wasser in ein stationäres Tröpfchen langsam hinzuzufügen oder zu subtrahieren. Aber dieses ist keine realistische Simulation von, wie Tröpfchen auf Oberflächen reagieren, Varanasi sagt.

„In jeder wirklichen Anwendung, Sachen seien Sie dynamisch,“ sagt er. Und Varanasis Forschung stellt dar, dass die Dynamik von den beweglichen Tröpfchen, die eine Oberfläche schlagen, zu den Tröpfchen ziemlich unterschiedlich ist, die an Ort und Stelle gebildet werden.

Speziell machen solche Tröpfchen eine schnelle interne Verzögerung durch, die starken Druck - eine kleinräumige Version des Wasserschlageffektes produziert. Sie ist dieses kleine, aber intensiver Impuls des Drucks, der das Lochfraß erklärt und Abnutzung auf TriebwerkanlageTurbinenschaufeln fand, sagt er, der ihre nützliche Lebenszeit begrenzt.

„Dieses ist eins der größten ungelösten Probleme“ in der Triebwerkanlageauslegung, sagt er. Zusätzlich zur Beschädigung der Schaufeln, schwächt die Entstehung und das Wachstum von den Wassertröpfchen, die mit dem Fluss des Dampfs gemischt werden, viel der Leistung und erklärt bis 30 Prozent der Anlagenverluste in solchen Pflanzen. Da einige Dampf-basierte Triebwerkanlagen, wie Erdgaskombizykluspflanzen, Leistungsfähigkeit von bis 85 Prozent bereits haben können, wenn sie die Energie des Kraftstoffs in Strom konvertieren, wenn diese Tröpfchenverluste beseitigt werden konnten, könnte er einen 5-Prozent-Auftrieb in der Leistung fast zur Verfügung stellen.

„Dieses ist ein neues Finden, tatsächlich“ sagt David Quéré, Forschungsleiter am Labor von Physik und an den Mechanikern von heterogenen Materialien an ESPCI, Paris. Er erklärt, dass „Superhydrophobic-Materialien, auf denen Wasserkanistergleitflug und -rolle auf eine eindeutige Form, interessante Eigenschaften haben, vorausgesetzt Wasser an den Oberseiten der Dekorationen bleibt, finden wir auf ihnen. (Ich mag dieses den Fakireffekt rufen, da Wasser dann sitzt an den Oberseiten eines Betts der Mikronägel.)“

Diese Forschung, sagt Quéré, erklärt, warum Tröpfchen häufig auf die Oberseite und festgenagelt auf den „Nägeln stattdessen erhalten nicht können bleiben,“ und also die neuen Ergebnisse sind „interessant im Rahmen der superhydrophobic Materialien, weil sie hilft, die Materialien zu konstruieren, die fähig sind, dieser Art der nachteiliger Auswirkung zu widerstehen.“

Die Kleinräumige Texturierung von Oberflächen kann die Tröpfchen am Nassmachen der Oberflächen der Turbinenschaufeln oder anderer Einheiten verhindern, aber der Abstand und die Größen der Oberflächenmuster müssen dynamisch studiert werden, unter Verwendung Techniken wie die entwickelt worden von Varanasi und von seinen Mitverfassern, sagt er. Regelmäßig Raumstöße oder Säulen auf der Oberfläche können einen wasser-verschüttenden Effekt produzieren, aber, nur wenn die Größe und der Abstand dieser Merkmale gerade recht ist. Diese Forschung zeigte, dass es scheint, eine kritische Schuppe der Texturierung das geben ist effektiv, während die Größen entweder, die als dieses Ausfallung sind, den wasser-abstoßenden Effekt zu produzieren größer oder kleiner. Die Analyse, die von diesem Team entwickelt wird, sollte es möglich machen, die effektivsten Größen und die Formen des Kopierens für das Produzieren von superhydrophic Oberflächen auf Turbinenschaufeln und anderen Einheiten zu bestimmen.

Die Arbeit hängt mit Varanasis Forschung auf zusammen, wie man Eisbildung auf Flugzeugflügeln, auch unter Verwendung der Nano--Texturierung von Oberflächen verhindert, aber die möglichen Anwendungen von diesem späteste Forschung sind viel breiter. Zusätzlich zu den Triebwerkanlageturbinen könnte dieses die Auslegung von Kondensatoren in den Entsalzungsanlagen und sogar die Auslegung von Tintenstrahldruckern auch beeinflussen, deren Operation auf abgebenden Tröpfchen der Tinte auf einer Oberfläche basiert.

Diese Arbeit wurde durch die MIT-Energie-Initiative, die National Science Foundation, das Du Pont-MIT Alliance und die Initiative für Nachhaltigkeit und Energie an Nordwestlichem finanziert. Edgerton-Mitte MITs lieferte auch Hochgeschwindigkeitsvideoausrüstung.

Quelle: http://web.mit.edu/

Last Update: 11. January 2012 12:14

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