Учени са открили нов начин за левитация на водата

Физици от Политехническия институт и Държавния университет на Вирджиния са открили нов начин за левитация на водата, който е бил подробно изследван преди около 300 години от Йохан Готлоб Лайденфрост.

Предложеното решение драстично намалява температурата, при която водните капки в течност започват да летят над охладена повърхност. Откритието може да повиши ефективността на отвеждане на топлината в системите за водно охлаждане, например в ядрените реактори.

Така нареченият ефект на Лайденфрост се състои в това, че парният слой между течната капка и прегрятата повърхност служи като изолатор на топлината, което също така кара капката да се издига над повърхността. В критични случаи това може да доведе до експлозии на пари, което е недопустимо при експлоатацията на ядрени реактори и по принцип при охлаждането изобщо (никой не иска изненади при експлоатацията на оборудването).

Изследователите от Вирджиния си поставят за цел да създадат по-меки условия за топлообмен от повърхността на охлажданата течност, за да намалят риска от образуване на взривоопасни пари, които нарастват с нагряването на средата.

„Смятахме, че микропиларите ще променят поведението на този добре познат феномен (ефектът на Лайденфрост), но нашите резултати надминаха дори собственото ни въображение. Наблюдаваните взаимодействия между мехурчетата пара и капките са голямо откритие в областта на топлообмена при кипене.“

казва машинният инженер Джингтао Ченг от Политехническия институт и Държавния университет на Вирджиния

Предложената от учените охладена повърхност се състои от стотици малки колонки с височина около 0,08 мм. Те са подредени в решетъчен модел със стъпка на клетките от около 0,12 мм. Когато е поставена върху такава повърхност, една капка вода покрива около 100 колонки. Притиснати вътре в капката, тези колонки я карат да кипи по-бързо. В резултат на това ефектът на левитация настъпва много по-бързо и при температура от само 130°C, вместо около 230°C при обикновените плоски повърхности.

Водата е отлично средство за охлаждане. Водата кипи и се изпарява при температура около 100°C (варираща леко в зависимост от надморската височина). Течната вода не може да бъде по-гореща от тази температура на кипене, тъй като се превръща в пара.

Откритието със сигурност би могло да се използва в множество области, в които се използва течно охлаждане, включително компютри и особено суперкомпютри, които все по-често се поставят в ядрени електроцентрали.