Форма влияет на эффективность передачи тепла микроколоннами

Ученый из Вашингтонского университета Сент-Луиса улучшил метод рассеяния тепла за счет уникального процесса, включающего маленькие жидкие капли на массиве микроколонн.

Исследование было проведено Даменой Агонафером, инженером и материаловедом, сообщает eurekalert.org. Выводы опубликованы в журнале Langmuir.

С усложнением и повышением мощности, техника вырабатывает больше тепла. Агонафер работал с разными жидкостями на треугольных, круглых и квадратных микроколоннах. Капли на них держались так же, как вода в немного переполненном стакане. полусфера или мениск существует, пока небольшое пополнение не приведет к переливу.

Микроколонные структуры удерживали капли острыми краями, формирующими энергетический барьер. Некоторые жидкости, вроде воды, создавали высокое поверхностное натяжение и максимальное давление, когда контактная линия находилась на границе внутренней поры элемента. Другие – изопропиловый спирт или хладагент – имели низкое поверхностное натяжение. Они создавали максимальное давление при нахождении линии контакта на внешнем краю структуры.

Агонафер выяснил, что форма микроколонн влияет на количество вещества, фиксируемое до стекания. Это – первое исследование удержания жидкостей на ассиметричных конструкциях. Оно позволяет глубже понять принципы дизайна поверхности микро- и наноструктур.

«Мы хотим, чтобы капля оставалась на микроколонне, так как она помогает охлаждать систему, — сказал специалист. – Ассиметричная форма улучшает передачу тепла. Мениск появляется в зоне наибольшего парообразующего теплообмена. Так что мы захотели увеличить этот регион».

Ранее Агонафер создал мембрану с круглыми микроскопическими колонами для рассеяния тепла электронных устройств. Устройство основано на водоотталкивающей коже вилохвоста – древнего насекомого, способного с помощью органа дышать даже под водой. Это – первый случай использования жидкости с пониженным поверхностным натяжением в пористых мембранных структурах.

В новом исследовании специалист с командой обнаружил, что каплям на вершине треугольных микроколонн требуется наименьшее количество жидкости для стекания (критический объем отрыва). При использовании продуктов с высоким поверхностным натяжением, смена формы изделия с круглой на треугольную привел к уменьшению параметра на 83% и 76% соответственно.

Сейчас специалисты оптимизируют форму и расположение микроколонн в массиве для создания испарительного теплообменника.