Новая модель испарения растворов повысит эффективность технологий в энергетике

| 270

Ученый Томского политехнического университета получил новые экспериментальные данные об испарении водных растворов солей, результаты исследования помогут повысить эффективность технологий в энергетике. Статья с исследованием опубликована в журнале Scientific Reports.

«Испарение воды регулирует теплообмен и в этом качестве используется, например, в биологии. Высококонцентрированные водные растворы соли применяются в химической промышленности и в энергетике, в абсорбционных тепловых насосах. При этом испарение многокомпонентных растворов, в том числе водных растворов солей, изучено слабо.

Новые данные, полученные нами экспериментально, помогут скорректировать модели испарения и повысить эффективность технологических циклов в различных областях энергетики»,

— рассказал корреспондентам российскому информационному агентству ТАСС автор исследования Сергей Мисюра (лаборатория моделирования процессов тепломассопереноса ТПУ).

В процессе эксперимента ученые осаждали на рабочую поверхность капли воды и водных растворов солей — бромида лития, хлорида кальция и хлорида лития. Начальная температура капель была равна температуре окружающего воздуха 21 °С, а испарение проводилось при нагреве стенки от 80 до 150 °С.

Исследователи обратили внимание на принципиальное отличие испарения капли раствора соли от капли воды при интенсивном пузырьковом кипении. Скорость испарения небольшой капли воды во времени более-менее постоянна. Совсем иное поведение у капли солевого раствора.

Процесс кипения раствора из-за изменения концентрации состоит из нескольких временных отрезков, в каждом из которых меняется как скорость испарения, так и роль конвекции. Эксперименты показали, что для определения скорости испарения существенное значение имеет конвекция.

«Концентрация растворов постоянно изменялась, ведь вода испаряется, а соль остается. Возникающее из-за конвекции движение воздуха ускоряет испарение капель с меняющейся концентрацией. Однако этим фактором, как и теплопереносом внутри самой капли, в теоретических моделях до сих пор пренебрегали, как несущественным. Мы же показали, что таким образом предполагаемая скорость испарения может быть ошибочно занижена почти в десять раз», — отметил ученый. 

Предсказание скорости испарения капель солевых растворов необходимо для разработки новых технологий струйной печати и покрытий, медицинской диагностики и охлаждения микроэлектроники. Правильное моделирование испарения водных растворов важно для повышения эффективности тепловых насосов.