Исследователи из Университета Техаса в Далласе совершили прорыв в понимании процессов теплопередачи на современных поверхностях, опровергнув классические физические модели. Их открытие, опубликованное 13 марта в журнале Newton, не только выявило ограничения существующих теорий, но и привело к разработке принципиально нового подхода к пониманию процесса конденсации.
Исследовательская группа под руководством доктора Сяньмина (Саймона) Дая, доцента кафедры машиностроения Школы инженерии и компьютерных наук Эрика Йонссона, обнаружила, что созданная ими инновационная поверхность собирала значительно больше конденсата, чем предсказывали классические физические модели. Это несоответствие стало отправной точкой для пересмотра фундаментальных принципов теплопередачи.
«Мы столкнулись с ситуацией, когда реальные результаты противоречили всем теоретическим прогнозам, что указывало на серьезные пробелы в существующих моделях», — отметил Дипак Монга, ведущий автор исследования и научный сотрудник лаборатории доктора Дая, недавно получивший степень PhD.
Исследование сосредоточилось на процессе капельной конденсации, при котором пар конденсируется на поверхности, образуя крошечные капли жидкости. Традиционная теория не учитывала участки без видимых капель, однако ученые обнаружили, что именно эти области вносят существенный вклад в процесс конденсации, содержа капли на слишком ранней стадии формирования, чтобы быть видимыми невооруженным глазом.
Доктор Якинг Цзинь, доцент кафедры машиностроения, руководивший экспериментальной частью исследования, пояснил: «Классическая теория теплопередачи не учитывала высокую скорость удаления конденсата на новейших поверхностях. Наша новая модель включает параметр 'частоты исчезновения', который учитывает поведение быстро перемещающихся капель».
Для проведения исследования команда использовала систему визуализации потока частиц с временным разрешением, интегрированную с длиннофокусным микроскопом. Эта передовая технология позволила ученым наблюдать скорость потока и распределение внутри микроскопических капель с беспрецедентной точностью.
Практическое применение этого открытия охватывает широкий спектр областей. Одно из наиболее перспективных направлений — разработка поверхностей для сбора воды из воздуха без использования электричества, что может иметь огромное значение для регионов с ограниченным доступом к чистой воде. Кроме того, новая теория найдет применение в холодильной технике и других областях, где эффективность теплообмена играет ключевую роль.
«Наша конечная цель — создать поверхности, которые могли бы непрерывно собирать и удалять конденсированные капли с максимальной эффективностью», — подчеркнул доктор Дай.
Значимость этого исследования была признана научным сообществом: Дипак Монга представил новую теорию на Летней конференции по теплопередаче Американского общества инженеров-механиков 2024 года, где был удостоен награды за лучшую презентацию. Это признание подчеркивает революционный характер открытия, которое заставляет пересмотреть фундаментальные принципы, считавшиеся незыблемыми на протяжении десятилетий.
Изображение носит иллюстративный характер
Исследовательская группа под руководством доктора Сяньмина (Саймона) Дая, доцента кафедры машиностроения Школы инженерии и компьютерных наук Эрика Йонссона, обнаружила, что созданная ими инновационная поверхность собирала значительно больше конденсата, чем предсказывали классические физические модели. Это несоответствие стало отправной точкой для пересмотра фундаментальных принципов теплопередачи.
«Мы столкнулись с ситуацией, когда реальные результаты противоречили всем теоретическим прогнозам, что указывало на серьезные пробелы в существующих моделях», — отметил Дипак Монга, ведущий автор исследования и научный сотрудник лаборатории доктора Дая, недавно получивший степень PhD.
Исследование сосредоточилось на процессе капельной конденсации, при котором пар конденсируется на поверхности, образуя крошечные капли жидкости. Традиционная теория не учитывала участки без видимых капель, однако ученые обнаружили, что именно эти области вносят существенный вклад в процесс конденсации, содержа капли на слишком ранней стадии формирования, чтобы быть видимыми невооруженным глазом.
Доктор Якинг Цзинь, доцент кафедры машиностроения, руководивший экспериментальной частью исследования, пояснил: «Классическая теория теплопередачи не учитывала высокую скорость удаления конденсата на новейших поверхностях. Наша новая модель включает параметр 'частоты исчезновения', который учитывает поведение быстро перемещающихся капель».
Для проведения исследования команда использовала систему визуализации потока частиц с временным разрешением, интегрированную с длиннофокусным микроскопом. Эта передовая технология позволила ученым наблюдать скорость потока и распределение внутри микроскопических капель с беспрецедентной точностью.
Практическое применение этого открытия охватывает широкий спектр областей. Одно из наиболее перспективных направлений — разработка поверхностей для сбора воды из воздуха без использования электричества, что может иметь огромное значение для регионов с ограниченным доступом к чистой воде. Кроме того, новая теория найдет применение в холодильной технике и других областях, где эффективность теплообмена играет ключевую роль.
«Наша конечная цель — создать поверхности, которые могли бы непрерывно собирать и удалять конденсированные капли с максимальной эффективностью», — подчеркнул доктор Дай.
Значимость этого исследования была признана научным сообществом: Дипак Монга представил новую теорию на Летней конференции по теплопередаче Американского общества инженеров-механиков 2024 года, где был удостоен награды за лучшую презентацию. Это признание подчеркивает революционный характер открытия, которое заставляет пересмотреть фундаментальные принципы, считавшиеся незыблемыми на протяжении десятилетий.
