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Nuova Manifestazione di Risultati Che la Nano-Strutturazione delle Superfici Può Impedire la Formazione di Ghiaccio

Published on January 24, 2011 at 6:01 AM

La Gente che vive nei più vecchi beni immobili sente spesso i disturbi di martellamento in loro condutture del radiatore o dell'impianto idraulico - è un effetto ben noto chiamato un martello di acqua, che può accadere quando una valvola è aperta improvvisamente o chiusa o in un vapore di condotto d'acqua, inducente un'onda di pressione a viaggiare giù la conduttura con abbastanza forza che può a volte indurre le condutture a scoppiare.

Ora, la nuova ricerca indica che un simile effetto cattura i posti su un disgaggio minuscolo ogni volta che una gocciolina dell'acqua direzione una superficie.

Ciò immagine colore-migliorata mostra una gocciolina dell'acqua che è depositata su una superficie superhydrophobic, appena prima che separa dal contagoccia utilizzato per depositarlo.

Il Kripa Varanasi, co-author del MIT di un rapporto sulla nuova individuazione ha pubblicato questa settimana nelle Lettere Fisiche di Esame del giornale, dice che il fenomeno potrebbe aiutare gli ingegneri a progettare le superfici di condensazione più durevoli, che sono utilizzate negli impianti di desalificazione ed ain centrali elettriche basate a vapore. Altri co-author includono il Hyuk-Minuto Kwon ed Adam Paxson dei dottorandi di meccanico-assistenza tecnica del MIT ed il professore associato Neelesh Patankar della Northwestern University.

Varanasi, l'Assistente Universitario del d'Arbeloff dell'Ingegneria Meccanica, dice che l'effetto spiega perché le alette utilizzate nelle turbine della centrale elettrica tendono a degradarsi così rapido ed ad avere bisogno di di essere sostituito frequentemente e potrebbe piombo alla progettazione delle turbine più durevoli. Poiché circa la metà di tutta l'elettricità generata nel mondo viene dalle turbine a vapore - se riscaldato da carbone, da combustibile nucleare, da gas naturale o da petrolio - migliorando la loro longevità e risparmio di temi potrebbero diminuire il tempo di attesa ed aumentare l'output globale per questi impianti e così contribuiscono a porre freno le emissioni del mondo dei gas serra.

C'è stato interesse diffuso nello sviluppo delle superfici (di respinta) superhydrophobic, Varanasi dice, che imitano in alcuni casi le superfici strutturate trovate in natura, quali le foglie del loto e l'interfaccia dei gechi. Ma la maggior parte della ricerca condotta finora su come tali superfici si comportano è stata prove statiche: per vedere le goccioline di modo delle dimensioni differenti sparse fuori su tali superfici (chiamate bagnatura) o come bordano fino alle più grandi goccioline del modulo, il metodo tipico è di aggiungere lentamente o sottrarre l'acqua in una gocciolina stazionaria. Ma questa non è una simulazione realistica di come le goccioline reagiscono sulle superfici, Varanasi dice.

“In tutta l'applicazione reale, cose sia dinamico,„ dice. E la ricerca di Varanasi mostra che la dinamica delle goccioline mobili che colpiscono una superficie è abbastanza differente dalle goccioline formate sul posto.

Specificamente, tali goccioline subiscono una decelerazione interna rapida che produce le forti pressioni - una versione su scala ridotta dell'effetto del martello ad acqua. È questo minuscolo ma burst intenso di pressione che rappresenta la puntinatura e l'erosione ha trovato sulle palette della turbina della centrale elettrica, dice, che limita la loro vita utile.

“Questo è uno di più grandi problemi non risolti„ nella progettazione della centrale elettrica, dice. Oltre a danneggiare le alette, la formazione e la crescita di goccioline di acqua miste con il flusso di vapore fiacca gran parte della potenza, rappresentando fino a 30 per cento delle perdite di sistema in tali impianti. Poiché alcune a centrali elettriche basate a vapore, quali gli impianti del combinare-ciclo del gas naturale, possono già avere risparmi di temi di fino a 85 per cento nella conversione dell'energia del combustibile in elettricità, se queste perdite della gocciolina potessero eliminarsi potrebbe fornire quasi una spinta di 5 per cento nella potenza.

“Questa è una nuova individuazione, effettivamente,„ dice David Quéré, direttore di ricerca al laboratorio di fisica ed ai meccanismi dei materiali eterogenei a ESPCI, Parigi. Spiega che “i materiali di Superhydrophobic, su cui l'acqua può scivolare e arriva a fiumi un modo unico, hanno beni interessanti, se l'acqua resta alle cime delle decorazioni troviamo su loro. (Gradisco chiamare quel l'effetto del fachiro, poiché l'acqua quindi si siede alle cime di un letto dei micro-chiodi.)„

Questa ricerca, Quéré dice, spiega perché le goccioline non riescono spesso a restare sulla cima ed invece ad ottenere infilzate “sui chiodi,„ ed in modo dai nuovi risultati è “interessante nel contesto dei materiali superhydrophobic, perché contribuisce a progettare i materiali capaci di resistere a questo genere di effetto nocivo.„

La strutturazione Su Scala Ridotta delle superfici può impedire le goccioline la bagnatura delle superfici delle palette della turbina o di altre unità, ma il gioco e le dimensioni dei reticoli di superficie devono essere studiati dinamicamente, facendo uso delle tecniche come quelli sviluppati da Varanasi e dai suoi co-author, dice. Gli urti o le colonne Regolarmente spaziati sulla superficie possono produrre un effetto di spargimento, ma soltanto se la dimensione ed il gioco di queste funzionalità è solo giusti. Questa ricerca ha indicato che c'sembra essere un disgaggio critico della strutturazione del quello è efficace, mentre dimensioni più grandi o più piccole di quel venire a mancare produrre l'effetto di respinta. L'analisi sviluppata da questo gruppo dovrebbe permettere di determinare le dimensioni e le forme più efficaci di modello per la produzione delle superfici superhydrophic sulle palette della turbina e su altre unità.

Il lavoro è collegato con la ricerca di Varanasi su come impedire la formazione di ghiaccio sulle ali dell'aeroplano, anche facendo uso della nano-strutturazione delle superfici, ma le applicazioni potenziali di questa l'ultima ricerca sono molto più vaste. Oltre alle turbine della centrale elettrica, questo potrebbe anche pregiudicare la progettazione dei condensatori negli impianti di desalificazione e perfino la progettazione delle stampanti a getto di inchiostro, di cui l'operazione è basata sulle goccioline di deposito di inchiostro su una superficie.

Questo lavoro è stato costituito un fondo per dall'Iniziativa di Energia del MIT, dal National Science Foundation, dal Du Pont-MIT Alliance e dall'Iniziativa per il Sostentamento Economico e dall'Energia a Nordoccidentale. Il Centro del Edgerton del MIT egualmente ha fornito la video strumentazione ad alta velocità.

Sorgente: http://web.mit.edu/

Last Update: 11. January 2012 10:53

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