V znanstveni reviji Scientific Reports objavljen nov pristop, ki z laserskim inženiringom površin omogoča izboljšan prenos toplote pri vrenju

Raziskovalci s Fakultete za strojništvo Univerze v Ljubljani so razvili nov pristop laserskega inženiringa površin, ki omogoča nadzorovan in izboljšan prenos toplote pri mehurčkastem vrenju. Članek avtorjev doc. dr. Petra Gregorčiča (Laboratorij za lasersko tehniko) ter asist. dr. Matevža Zupančiča in prof. dr. Iztoka Golobiča (Laboratorij za toplotno tehniko) je 10. maja 2018 objavila znanstvena revija Scientific Reports.

Mehurčkasto vrenje je eden najučinkovitejših mehanizmov prenosa toplote pri nizkih temperaturnih razlikah med segreto površino in okoliško kapljevino. Uporablja se v številnih aplikacijah - od hlajenja jedrskih palic v elektrarnah do prenosa toplote v mikroelektroniki. Da bi izboljšali proces vrenja v smislu povečanja koeficienta toplotne prestopnosti in kritične gostote toplotnega toka, so v zadnjih desetletjih različni raziskovalci razvili številne pristope modifikacije površin. Vsak od poznanih pristopov pa ima vsaj eno pomembno pomanjkljivost, kot so zahtevna in draga proizvodnja; mehanska in/ali toplotna nestabilnost; ter otežena obdelava na veliki skalah.

Omenjeni sodelavci Fakultete za strojništvo pa so razvili preprosto, robustno in fleksibilno metodo, ki z uporabo nanosekundnega vlakenskega laserja omogoča izdelavo površinskih mikrojamic s pemeri v razponu od 200 nm do 10 μm. Eksperimenti vrenja na teh površinah v dveh zelo raznolikih kapljevinah - v vodi, ki je polarna, ima visoko površinsko napetost in visoko izparilno latentno toploto; ter v nepolarnem dielektričnem tetradekafluoroheksanu (FC-72) z nizko površinsko napetostjo in veliko nižjo latentno toploto - so dokazali, da takšne površine omogočajo izboljšan prenos toplote in nadzorovano vrenje neodvisno od lastnosti delovnega fluida. Nadzor vrenja so predstavili tako, da so izdelali strukturirano površino, ki označuje inicialke "Faculty of Mechanical Engineering" (FME), pri čemer sta oba od omenjenih fluidov kontrolirano vrela izključno na delih z lasersko izdelanimi mikrojamicami. Vse to dokazuje, da ima razvita metoda velik potencial, da zaobide trenutne omejitve modifikacije površin in s tem omogoči nadaljnjo miniaturizacijo mikroelektronskih naprav ter poveča zmogljivost in varnost v sistemih, ki zahtevajo odvajanje visokih gostot toplotnih tokov.

Članek je objavljen na povezavi: http://doi.org/10.1038/s41598-018-25843-5