Türbin kanatlarının buzlanmasını önlemenin ve damlacıkların geri tepmesine izin vermenin yeni bir yolu
Çoğu durumda mühendisler, su damlacıklarının veya diğer sıvıların yüzeyleriyle temasını en aza indirmek isterler. Amaç ister uçak kanatlarının ister rüzgar türbini kanatlarının buzlanmasını önlemek, yağış sırasında yüzeyde ısı kaybını önlemek veya okyanus serpintisine maruz kalan yüzeyde tuz birikimini önlemek olsun, su damlacıklarının olabildiğince çabuk geri sıçramasını sağlamak ve etkiyi en aza indirmek. Yüzey temasının miktarı, sistemin normal çalışmasını sürdürmenin anahtarıdır. Şimdi, Massachusetts Teknoloji Enstitüsü tarafından yapılan bir araştırma, damlacıklar ve yüzeyler arasındaki teması azaltmanın yeni bir yolunu gösteriyor.
Aynı ekibin üyeleri de dahil olmak üzere önceki girişimler damlacığın yüzeyle temas halinde olduğu süreyi en aza indirmeye odaklanırken, yeni yöntem uzamsal temas aralığına odaklanarak damlacık geri sıçramadan önce yayıldığı mesafeyi en aza indirmeye çalışıyor. MIT lisansüstü öğrencisi Henry Luis Girard, doktora sonrası araştırmacı Dan Soto ve makine mühendisliği profesörü Crepa Varanasi, ACS Nano'da yayınlanan bir araştırma makalesinde bu yeni bulguları anlattı. Bu işlemin anahtarı, malzemenin yüzeyinde bir dizi dışbükey halka şekli oluşturmaktır; bu, düşen sıvı damlacıklarının, yüzeyde ileri gitmek yerine bir kase içinde yukarı doğru sıçramasına neden olur.
Bu araştırma, Varanasi ve ekibinin bir önceki projesinin devamı niteliğindedir.Bu projede, yüzeyde dışbükey sırtlar oluşturularak yüzeydeki su damlacıklarının temas süresi azaltılabilir ve böylece su damlacıklarını etkileyen difüzyon modu bozulur. Ancak yeni araştırma, damlacıkların temas süresinde ve temas alanında daha büyük bir azalma sağlayarak daha da ileri gidiyor.
(Daire kartı buraya eklendi, lütfen görüntülemek için Toutiao istemcisine gidin)Örneğin kanadın donmasını önlemek için, çarpan su damlasının suyun donması için gereken süreden daha kısa sürede zemine geri dönmesi gerekir. Erken çıkıntılı yüzey, temas süresini başarılı bir şekilde kısalttı O zamandan beri, burada başka bir problem olduğu keşfedildi: su damlalarının geri tepmeden ve geri tepmeden önce ne kadar yayıldığı.
Etki düşüşünün temas alanını azaltmak, etkileşimin aktarım özellikleri üzerinde de önemli bir etkiye sahip olmalıdır. Araştırma ekibi bir dizi deney gerçekleştirdi ve sonuçlar, yükselen su çemberi tam olarak doğru boyuttaysa ve su yüzeyini kaplarsa, suyun etkilenen damlacıklardan yukarı doğru sıçrayarak kase benzeri bir sıçrama oluşturacağını ve yukarı doğru sıçrama açısının olabileceğini gösterdi. Bu su çemberlerinin yüksekliği ve çevresi ayarlanarak kontrol edilir. Halkanın boyutu damlacık boyutuna göre çok büyük ya da çok küçükse sistem verimi düşecek ya da hiç çalışmayacaktır ancak yüzük boyutu uygunsa etkisi çok önemli olacaktır.
Sonuçlar, temas süresini kısaltmanın teması en aza indirmek için yeterli olmadığını göstermektedir; anahtar, temas süresi ve kapsamın birleşimidir. Bir eksendeki temas süresi grafiğinde ve diğer eksendeki temas alanı grafiğinde asıl önemli olan, zaman ve temas aralığının çarpımı olan eğrinin altındaki toplam alandır. Önceki çalışmalarda, difüzyon bölgesi "dokunulmamış başka bir eksen" dir. Bunu yapmaya başladığımda şiddetli bir tepki gördüm ve damlacığın toplam süresi ve alan teması% 90 azaldı. Bir 'su çanağı' oluşturarak temas alanını azaltma fikri, tek başına temas süresini azaltmaktan çok genel etkileşimi azaltmada çok daha büyük bir etkiye sahiptir.
Su damlası yükseltilmiş daire içinde yayılmaya başladığında, dairenin kenarına ulaşır çarpmaz sapmaya başlar. Momentum yukarı doğru yeniden işaretlendi. Sonunda dışa doğru yayılsa da artık yüzeyde değildir, bu nedenle yüzeyi soğutmaz, donmaz ve "su geçirmez" kumaş üzerindeki gözenekleri tıkamaz. Farklı yöntemler ve farklı malzemelerle, önemli ölçü ve aralıklarla yapılabilmektedir. Bazı testlerde, bir substrat üzerine üç boyutlu bir halka basılmıştır, diğer testlerde ise mikroçip üretimine benzer bir aşındırma işlemi ile desenli bir yüzey oluşturulmuştur. Diğer halkalar bilgisayar kontrollü plastik frezeleme ile yapılır, ancak daha yüksek hızlı damlacık darbeleri genellikle yüzeye daha fazla zarar verir.
Ancak bu sistemde, daha yüksek bir hız aslında yeniden yönlendirme verimliliğini artırır ve daha yavaş bir hız daha fazla sıvıyı uzaklaştırır. Bu, nispeten yüksek hızlı yağışla başa çıkmak gibi pratik uygulamalar için iyi bir haber. Aslında, ne kadar hızlı olursa, etki o kadar iyi olur. Kanatlardaki buzlanmayı önlemenin yanı sıra, bu yeni sistem geniş bir uygulama alanına da sahip olabilir. Örneğin, "su geçirmez" kumaşlar doygun hale gelecektir ve lifler arasındaki boşluğu su doldurduğunda sızmaya başlayacaktır, ancak yüzey döngü işlemi kullanıldığında, kumaş drenaj kapasitesini daha uzun süre korur ve genel performans daha iyidir. Halka yapısı% 50 geliştirildi.
