Работа ученых ТПУ поможет создавать супергидрофильные и супергидрофобные покрытия (видео, фото)

| 1498

Коллектив ученых Томского политехнического университета работает над большим фундаментальным исследованием, результаты которого на практике, например, позволят предприятиям до 10 раз эффективнее охлаждать элементы, подверженные сильному нагреву, и создавать гидрофобные и гидрофильные покрытия. Недавно проект политехников был поддержан грантом Президента Российской Федерации для молодых кандидатов и докторов наук. Грант рассчитан на два года.

«Мы разрабатываем фундаментальные основы процессов тепломассопереноса в условиях фазовых превращений капель на структурированных поверхностях металлов. Речь идет о фундаментальных основах использования капель или очень тонких пленок жидкостей для охлаждения поверхностей. Отводить высокие тепловые потоки до 1000 Вт/м2 возможно за счет высокого энергетического потенциала фазового перехода жидкости в парообразное состояние. Этот принцип, например, применяется в термосифонах, они охлаждают теплонагруженные элементы в нефтяной, авиакосмической промышленности, в микроэлектронике. Основные трудности решения большинства задач физического и математического моделирования процессов парообразования в условиях интенсивного испарения капель или пленок жидкостей связаны с ограниченностью сведений о закономерностях таких процессов. В первую очередь, необходимо подробно описать физический механизм этих процессов, для его моделирования в дальнейшем», — говорит Дмитрий Феоктистов, доцент кафедры теоретической и промышленной теплотехники.

По словам ученого, на сегодня нигде в мире не разработаны фундаментальные основы охлаждения с помощью капельного орошения или тонких пленок жидкости на уровне прогностического моделирования эффективных систем охлаждения.

«В этой области работают несколько коллективов в нашей стране, в Бельгии, в США, Германии, Франции, но физические основы еще не разработаны. В Томском политехническом университете есть экспериментальные установки на хорошем современном уровне, которые позволяют нам вести исследования.

С помощью фото и видеоаппаратуры, которая снимает до 10 000 кадров в секунду, и особого света мы регистрируем процесс полета, падения, растекания, испарения капли, движения и испарения тонких слоев жидкости в миниканалах. Понимание всех этих процессов поможет в будущем, например, создавать супергидрофобные и супергидрофильные покрытия. Представьте автомобиль, от поверхности которого отталкивается любая грязь и жидкость», — отмечает Дмитрий Феоктистов.

Фото: Испарение капли 30%-го водно-солевого раствора LiBr на металлической поверхности, нагретой до 80°С.

Кроме того, охлаждение с помощью капельного орошения является ресурсоэффективной технологией.

«Капельное орошение позволяет отводить тепловые потоки до 10 раз больше традиционных систем, использующих “большие” объемы воды, или специальных  жидкостей. Нужно знать, как жидкости переходят в парообразное состояние, сколько жидкости нужно для охлаждения теплонагруженных элементов и так далее, чтобы создавать более энергоэффективные системы», — добавляет ученый.  

Испарение капли жидкости на поверхности, температура которой составляет более 250°С.