Исследователи Томского политехнического университета (ТПУ) совершили значительный прорыв в области теплообмена, используя лазерное излучение для модификации материалов. Проведенные эксперименты показали, что такая обработка повышает коэффициент теплоотдачи до четырех раз, что может привести к созданию новых материалов для теплообменников и увеличению эффективности систем охлаждения в различных отраслях.
Исследование, поддержанное грантом Российского научного фонда и опубликовано в журнале Experimental Thermal and Fluid Science.
Ученые провели анализ кипения воды на поверхностях из трех различных материалов: алюминиевого сплава, меди и меди с карбидом вольфрама. Каждая из поверхностей подверглась абразивной полировке и лазерной обработке, что позволило создать микрооребренные и анизотропные текстуры. После обработки поверхности были гидрофобизированы, и исследователи зафиксировали характеристики пузырьков, коэффициенты теплоотдачи и критические значения теплового потока.
Несмотря на множество исследований в области кипения, общепринятой теории этого процесса пока не существует, так как на него влияет большое количество факторов. Одними из ключевых факторов являются шероховатость и смачивание поверхности. Мы установили, что бесконтактная лазерная обработка позволяет формировать текстуры, изменяющие свойства смачиваемости от супергидрофильности до супергидрофобности, что значительно интенсифицирует процессы теплообмена.
- Дмитрий Феоктистов, доцент Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ
Исследование показало, что применение наносекундного лазерного излучения для создания микроребристых текстур и улучшения смачивающих свойств увеличивает коэффициент теплоотдачи на поверхностях из алюминиевого сплава более чем в четыре раза, а на медных поверхностях — более чем в 2,5 раза.
Наши эксперименты продемонстрировали, что коэффициент теплоотдачи при кипении можно увеличить в среднем до четырех раз. Это делает наш подход перспективным для разработки новых материалов и технологий в сфере теплообмена, что найдет широкое применение в таких отраслях, как энергетика и системы охлаждения.
- Евгения Орлова, доцент Научно-образовательного центра И.Н. Бутакова
Этот прорыв открывает новые горизонты для разработки высокоэффективных систем теплообмена, что имеет критическое значение для различных промышленных и технологических приложений.
Источник: Минобрнауки РФ
Фото: ТПУ
