Лазерная модификация материала улучшает теплообмен в 4 раза
Такой подход может лечь в основу разработки новых материалов для теплообменников и повышению эффективности систем охлаждения в различных отраслях.
Ученые сравнивали характеристики кипения воды на образцах трех различных материалов – алюминиевом сплаве, меди, а также меди с карбидом вольфрама. Каждая из поверхностей была обработана с помощью полировки абразивными материалами и лазерным излучением.
Так, с помощью наносекундной лазерной обработки создавались микрооребренные (с небольшими выступами и углублениями) и анизотропные (с ярко выраженными горизонтальными и вертикальными линиями) текстуры. Затем текстурированные образцы гидрофобизировались. Во время проведения экспериментов политехники регистрировали характеристики образующихся пузырьков, определяли коэффициенты теплоотдачи и критические значения теплового потока.
«Несмотря на большое число работ, посвященных исследованию кипения, общепринятая теория этого процесса до сих пор не разработана. Это связано с многочисленными факторами, влияющими на кипение на разных материалах. Одними из ключевых факторов являются шероховатость поверхности и смачивание. В ходе исследования мы установили, что бесконтактные методы обработки поверхностей металлов позволяют формировать текстуру в широком диапазоне изменения как характеристик шероховатости, так и ее конфигурации и изменять свойства смачиваемости до экстремальных состояний – от супергидрофильности до супергидрофобности. Поэтому перспективным представляется обработка поверхностей теплообмена лазерным излучением для интенсификации протекающих на ней процессов», — отмечает один из авторов исследования, доцент Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Дмитрий Феоктистов.
По словам ученых, обработка теплопередающих поверхностей наносекундным лазерным излучением за счет формирования микроребристой текстуры и улучшения смачивающих свойств коэффициент теплоотдачи может быть увеличен на поверхностях из алюминиевого сплава более чем в четыре раза, а на медных поверхностях — более чем в 2,5 раза.
«При обработке поверхностей в среднем коэффициент теплоотдачи при кипении в большом объеме может быть увеличен до четырех раз. Это делает такой подход перспективным для разработки новых материалов в области теплообмена. Подобные технологии могут найти применение в различных отраслях, включая энергетический сектор и системы охлаждения, где высокая эффективность теплоотвода играет ключевую роль», — добавляет соавтор исследования, доцент Научно-образовательного центра И.Н. Бутакова Евгения Орлова.
Источник: пресс-служба Томского политехнического университета