वैज्ञानिकों ने ऊर्जा बचाने और पानी को अधिक कुशलता से उबालने का एक तरीका खोजा है

पानी बहुत उबाला जाता है – चाहे वह रसोई में या बिजली संयंत्र में चाय का प्याला हो। इस प्रक्रिया की दक्षता में कोई भी सुधार इसके लिए प्रतिदिन उपयोग की जाने वाली ऊर्जा की कुल मात्रा पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालेगा।

ऐसा ही एक सुधार पानी को गर्म करने और वाष्पीकरण के लिए उपयोग की जाने वाली सतहों के नए विकसित उपचार के साथ आ सकता है। प्रसंस्करण दो प्रमुख मापदंडों में सुधार करता है जो उबलने की प्रक्रिया को परिभाषित करते हैं: गर्मी हस्तांतरण गुणांक (HTC) और महत्वपूर्ण गर्मी प्रवाह (CHF)।

ज्यादातर समय, दोनों के बीच एक समझौता होता है – एक बेहतर, दूसरा उतना ही बुरा। वर्षों की खोज के बाद, इस तकनीक के पीछे के खोज शब्द ने दोनों को बढ़ाने का एक तरीका खोज लिया है।

“दोनों पैरामीटर महत्वपूर्ण हैं, लेकिन दोनों मानकों को एक साथ अनुकूलित करना मुश्किल है क्योंकि उनके पास आंतरिक व्यापार-बंद है।” जैव सूचना विज्ञान वैज्ञानिक योंगसाप सांग कहते हैं कैलिफोर्निया में लॉरेंस बर्कले नेशनल लेबोरेटरी से।

“अगर हमारे पास उबलते सतह पर बहुत सारे बुलबुले हैं, तो उबालना बहुत कुशल है, लेकिन अगर हमारे पास सतह पर बहुत सारे बुलबुले हैं, तो वे एक साथ फ्यूज हो सकते हैं, जो उबलते सतह के ऊपर वाष्प की परत बना सकते हैं।”

गर्म सतह और पानी के बीच कोई भी वाष्प फिल्म प्रतिरोध प्रस्तुत करती है, जो गर्मी हस्तांतरण दक्षता और CHF मान को कम करती है। इस समस्या को हल करने के लिए, शोधकर्ताओं ने तीन अलग-अलग प्रकार के सतह संशोधन तैयार किए।

सबसे पहले, सूक्ष्मनलिकाएं की एक श्रृंखला जोड़ी जाती है। 10 माइक्रोन चौड़ाई के ट्यूबों का यह समूह, लगभग 2 मिमी अलग दूरी पर, बुलबुला गठन को नियंत्रित करता है और गुहाओं में बुलबुले को स्थिर रखता है। यह वाष्प फिल्म को बनने से रोकता है।

इसी समय, यह सतह पर बुलबुले की एकाग्रता को कम करता है, जिससे उबलने की दक्षता कम हो जाती है। इसे संबोधित करने के लिए, शोधकर्ताओं ने दूसरे संशोधन के रूप में एक छोटे पैमाने के उपचार की शुरुआत की, खोखले ट्यूबों की सतह के भीतर केवल नैनोमीटर आकार के प्रोट्रूशियंस और किनारों को जोड़ा। यह उपलब्ध सतह क्षेत्र को बढ़ाता है और वाष्पीकरण दर को बढ़ाता है।

अंत में, सूक्ष्म गुहाओं को सामग्री की सतह पर स्तंभों की एक श्रृंखला के केंद्र में रखा गया था। ये प्लम अधिक सतह क्षेत्र जोड़कर द्रव निकालने की प्रक्रिया को तेज करते हैं। संयुक्त, उबलने की दक्षता में काफी वृद्धि होती है।

(गीत एट अल।)

ऊपर: शोधकर्ताओं द्वारा धीमा किया गया एक वीडियो विशेष रूप से उपचारित सतह पर पानी को उबलता हुआ दिखाता है जिससे विशिष्ट अलग-अलग बिंदुओं पर बुलबुले बनते हैं।

चूंकि नैनोस्ट्रक्चर भी बुलबुले के नीचे वाष्पीकरण को बढ़ावा देते हैं, और कॉलम बुलबुले के आधार पर तरल की निरंतर आपूर्ति बनाए रखते हैं, उबलते सतह और बुलबुले के बीच पानी की एक परत को बनाए रखा जा सकता है-जो अधिकतम गर्मी प्रवाह को बढ़ावा देता है।

“अनुकूलन प्राप्त करने के लिए इस तरह से सतह में हेरफेर करने की हमारी क्षमता का प्रदर्शन पहला कदम है,” मैकेनिकल इंजीनियर एवलिन वांग कहते हैं: मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी से। “फिर अगला कदम अधिक स्केलेबल दृष्टिकोणों के बारे में सोचना है।”

“इस प्रकार की संरचनाएं जो हम बनाते हैं, उनका उद्देश्य उनके वर्तमान स्वरूप में पैमाना नहीं है।”

छोटे पैमाने की प्रयोगशाला से व्यावसायिक उद्योगों में उपयोग की जा सकने वाली किसी चीज़ पर काम करना बहुत आसान नहीं होगा, लेकिन शोधकर्ताओं को विश्वास है कि यह किया जा सकता है।

एक चुनौती सतह बनावट और समायोजन के तीन “स्तर” बनाने के तरीके ढूंढ रही है। अच्छी खबर यह है कि विभिन्न तरीकों का पता लगाया जा सकता है, और प्रक्रिया को विभिन्न प्रकार के तरल पदार्थों के लिए भी काम करना चाहिए।

“इस प्रकार के विवरण को बदला जा सकता है, और यह हमारा अगला कदम हो सकता है,” गाया कहते हैं.

खोज में प्रकाशित किया गया था उन्नत सामग्री.