Новая концепция охлаждения кипящих поверхностей может помочь в предотвращении аварий на АЭС

Исследователи Гавайского университета в Маноа представили новую технологию утилизации тепла, способную помочь предотвратить аварии на атомных электростанциях.

Кипение обычно связывают с теплом. Однако, во многих промышленных структурах, включающих очень горячие элементы, вроде АЭС и литья металлов, процесс используется для эффективного охлаждения. Снизить температуру поверхности помогает поглощение большого количества тепла для превращения воды в пар, сообщает sciencedaily.com. Но кипение имеет ограниченные способности к охлаждению. Увеличение «теплового лимита» процесса важно по многим причинам, особенно – в связи с безопасностью.

Доцент машиностроения, Сангву Шин, предложил способ решения проблемы. Он продемонстрировал новую концепцию, преодолевающую так называемый кризис теплообмена при кипении (CHF). Шин возглавлял команду исследователей, предложившую способ увеличения этого предела на 10%, в сравнении с использованными в прошлом подходами.

Это – важное достижение, утверждает специалист. Возле очень горячей поверхности вода быстро испаряется, не оставляя жидкости для охлаждения.

«В результате материал начинает плавиться. Это мы наблюдали при аварии на АЭС Фукусимы в 2011-м, — объяснил Шин. – Инцидент заставил бросить больше усилий на повышение CHF».

Сегодня, одним из самых эффективных способов увеличения параметра является огрубление поверхности с помощью наноструктур, вроде нанопроводов. Большая шероховатость создает дополнительные зоны для образования пузырьков, повышая CHF. Исследование показало, что передача тепла при кипении идет лучше, если горячая поверхность покрывается наномерными биморфными структурами. Это – кусочки «длинного» металла, способные сгибаться под действием высоких температур из-за термического расширения.

Горячая поверхность заставляет биморфные объекты спонтанно деформироваться, что делает ее более подходящей для кипения.

Шин уверен, что будущие исследования по повышению CHF будут основаны на поиске оптимальной геометрии и материалов для таких наноструктур.

Выводы проекта представлены в Nano Letters.