Ученые из Томского политехнического университета (ТПУ) исследовали процесс кипения воды на различных материалах, предварительно обработанных лазером. С помощью такой модификации им удалось добиться изменения характеристик теплообмена, увеличив коэффициент теплоотдачи в несколько раз.
Эксперименты проводились на трех типах материалов: алюминиевом сплаве, меди и меди с карбидом вольфрама. Каждая поверхность обрабатывалась абразивным материалом и лазером. В частности, создавались микроребра с небольшими выступами и углублениями, а также анизотропные структуры, то есть выраженные горизонтальные и вертикальные полосы.
Затем исследователи детально наблюдали за процессом кипения: образованием и развитием пузырьков. Они оценивали коэффициенты теплоотдачи и другие характеристики теплового потока при взаимодействии материала поверхности с водой.
Несмотря на большое число работ, посвященных исследованию кипения, общепринятая теория этого процесса до сих пор не разработана. Это связано с многочисленными факторами, влияющими на кипение на разных материалах. Одними из ключевых факторов являются шероховатость поверхности и смачивание. В ходе исследования мы установили, что бесконтактные методы обработки поверхностей металлов позволяют формировать текстуру в широком диапазоне изменения как характеристик шероховатости, так и ее конфигурации и изменять свойства смачиваемости до экстремальных состояний — от супергидрофильности до супергидрофобности.
Эксперименты показали, что текстурирование поверхности лазером значительно повышает теплообменные свойства материала. Например, теплоотдача алюминиевого сплава увеличилась более чем в четыре раза, а меди — в 2,5 раза.
Такую обработку можно использовать при создании теплообменников для промышленных предприятий, в частности, для энергетики. Она будет эффективной и для систем охлаждения на различных предприятиях.
Ранее мы рассказывали, как ученые создали самую водоотталкивающую поверхность в истории.
