Un equipo de investigación dirigido por científicos de la Universidad de la Ciudad de Hong Kong CityU ha diseñado recientemente una armadura térmica estructurada STA que logra un enfriamiento líquido eficiente incluso a más de 1000 °C, resolviendo fundamentalmente un desafío de 266 años presentado por elEfecto Leidenfrost Este avance se puede aplicar en motores aeroespaciales, así como mejorar la seguridad y confiabilidad de los reactores nucleares de próxima generación.
La investigación ha sido dirigida por el Profesor Wang Zuankai del Departamento de Ingeniería Mecánica MNE de CityU, el Profesor David Quéré de la Universidad de Investigación PSL, Francia, y el Profesor Yu Jihong, Director del Centro Internacional de Ciencia del Futuro, Universidad de Jilin y SeniorMiembro del Instituto de Estudios Avanzados de Hong Kong en CityU.
Los hallazgos fueron publicados en el último número de la revista científicaNaturaleza.
El efecto Leidenfrost es un fenómeno físico descubierto en 1756, que se refiere a la levitación de gotas sobre una superficie que es significativamente más caliente que el punto de ebullición del líquido. Produce una capa de vapor aislante y reduce drásticamente el rendimiento de la transferencia de calor a altas temperaturas, lo quehace que el enfriamiento líquido en la superficie caliente sea ineficaz. Este efecto suele ser perjudicial y ha sido un desafío histórico suprimir este efecto.
El equipo dirigido por CityU construyó un material multitexturizado con elementos clave que tienen propiedades térmicas y geométricas contrastantes. El diseño racional de la STA superpone pilares sobresalientes, robustos y conductores que sirven como puentes térmicos para promover la transferencia de calor; una membrana termoaislante incrustadadiseñado para succionar y evaporar el líquido, y canales subterráneos en forma de U que evacuan el vapor Inhibe con éxito la aparición del efecto Leidenfrost hasta 1.150 °C y logra un enfriamiento eficiente y controlable en el rango de temperatura de 100 °C a más de 1.150°C.
"Este proyecto de investigación multidisciplinario es un verdadero avance en ciencia e ingeniería, ya que combina ciencia de superficies, hidrodinámica y aerodinámica, enfriamiento térmico, ciencia de materiales, física, energía e ingeniería. En busca de estrategias novedosas para abordar el enfriamiento líquidode superficies de alta temperatura ha sido uno de los santos griales de la ingeniería térmica desde 1756. Somos afortunados de suprimir fundamentalmente la ocurrencia del efecto Leidenfrost y, por lo tanto, proporcionar un cambio de paradigma en el enfriamiento térmico líquido a temperaturas extremadamente altas, una misión que ha permanecidodesconocido hasta la fecha", dijo el profesor Wang.
El profesor Wang señaló que las estrategias actuales de enfriamiento térmico bajo temperaturas extremadamente altas adoptan medidas de enfriamiento por aire en lugar de un enfriamiento líquido efectivo debido a la ocurrencia del efecto Leidenfrost, especialmente para aplicaciones en motores aeroespaciales y reactores nucleares de próxima generación.
"El STA diseñado se puede fabricar para que sea flexible, eliminando la necesidad de fabricación adicional, especialmente para aquellas superficies que son difíciles de texturizar directamente. Es por eso que el STA posee un enorme potencial para aplicaciones prácticas", agregó el profesor Wang.
El profesor Wang, el profesor Quéré y el profesor Yuson los autores correspondientes del artículo. Los primeros autores son el Dr. Jiang Mengnan y el Dr. Wang Yang del MNE.
Los colaboradores son el profesor Pan Chin, director, el Dr. Steven Wang, profesor asistente, Zhang Huanhuan, asistente de investigación, Liu Fayu y Li Yuchao, estudiantes de doctorado, del MNE de CityU; y el profesor To Suet y Du Hanheng, estudiante de doctorado, delDepartamento de Ingeniería Industrial y de Sistemas, Universidad Politécnica de Hong Kong.
Fuente de la historia:
Materiales proporcionado por Universidad de la Ciudad de Hong Kong. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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