Каждый из нас хотя бы раз в день включает чайник для того, чтобы вскипятить воду, например, для приготовления чая. В электрочайниках нагрев происходит с помощью металлического нагревательного элемента мощностью в пару киловатт. Ну а так как вода обладает довольно большой теплоемкостью, то нужно много энергии для нагрева, и поэтому в современном доме электрочайник - самый «прожорливый» электроприбор.
Но вскоре эта ситуация может сильно измениться, ведь инженеры из Массачусетского технологического института нашли такой вариант поверхности нагревательного элемента, при котором происходит ускорение и облегчение закипания воды. Вот про это инженерное решение и поговорим в данном материале.
Проблема закипания воды и ее решение
Для начала скажу пару слов о том, как же протекает процесс закипания воды. Так вот при нагреве воды на дне сосуда формируются заполненные водяным паром пузырьки, и чем ближе точка кипения, тем их количество все возрастает.
Вот только во время этого процесса пузырьки оказываются настолько близко друг к другу, что таким образом формируется плотный газовый слой, который как раз и снижает эффективность передачи тепла от нагревателя к жидкости.
Именно этот эффект и решил устранить профессор Э. Вонг (Массачусетский технологический институт). Для этого команда инженеров, работающая с профессором, решила преобразовать поверхность нагревателя таким образом, чтобы с одной стороны ускорить формирование пузырей, а с другой не допустить формирование парового изолирующего слоя.
Для этих целей инженеры на поверхности нагревательного элемента выполнили целый массив углублений шириной всего в 10 мкм, расположив их на расстоянии в 2 миллиметра друг от друга.
Таким образом ученым удалось создать непрерывную рециркуляцию жидкости, быстро переносящую тепло снизу вверх. Оказалось, что расположенные таким образом углубления ускоряют процесс формирования пузырьков, а кроме этого, не позволяют им сливаться в паровую пленку.
Также для того чтобы увеличить площадь поверхности нагревателя, ученые создали искусственные неровности на его поверхности нанометровых размеров.
Последующие лабораторные испытания показали, что полученные таким образом нагреватели обладают коэффициентом теплопередачи почти в четыре раза больше по сравнению с обычными нагревателями, а критический тепловой поток (параметр, который характеризует как раз то самое образование пузырьков в процессе нагрева) почти в 1,5 раза больше.
Как заявили ученые, полученная производительность нагревательных элементов даст возможность экономить энергию в разных сферах. И тут речь идет не только про чайники. Ведь таким образом можно модернизировать нагревательные элементы, например, в паровых установках, тем самым снизив их потребление энергии.
Результатами проделанной работы ученые поделились на страницах журнала Advanced Materials.
Ну а если вам понравился материал, то не завываем про подписку, лайк и репост. Спасибо за внимание!