Kaynar suda ısı transferi konusundaki yeni anlayış, nükleer santrallerin verimliliğini artırmaya yardımcı olacak!
Kaynar suyun basit işleyişi, insanlığın en eski icatlarından biridir ve kahve makinelerinden nükleer santrallere kadar birçok teknolojinin özüdür. Ancak, görünüşte basit olan bu süreç, uzun zamandır tam olarak anlaşılması zor olan karmaşıklıklara sahiptir. Şimdi, MIT araştırmacıları, ısı eşanjörleri ve diğer teknolojilerin karşılaştığı en zorlu sorunlardan birini analiz etmenin bir yolunu buldu:
(Daire kartı buraya eklendi, lütfen görüntülemek için Toutiao istemcisine gidin)Bir tür nasıl tahmin edilir ve önlenir Kaynama krizi Tehlikeli ve potansiyel olarak yıkıcı olaylar ve kaynar su bu teknolojilerde merkezi bir rol oynar. Bu, sıcak bir yüzeyde çok fazla kabarcık oluştuğunda ve yüzeyden suya daha fazla ısı transferini önleyerek sürekli bir buhar tabakasına birleştiğinde gerçekleşir.
Brocade Park: Bu tür olaylar nükleer santrallerin zayıflamasına veya erimesine neden olabileceğinden, nükleer santrallerin tasarım ve işletme seviyesi bir kaynama krizini tetikleyebilecek seviyenin çok altındadır. Bu yeni anlayış, bu fabrikaların daha yüksek üretim seviyelerinde güvenli bir şekilde çalışabilmesi için gerekli işletme marjlarını azaltabilir. 5 Nisan 2019'da, nükleer mühendislik yardımcı doçenti Matteo Bucci, yüksek lisans öğrencileri Zhang Limiao ve Jee Hyun Seong, Physical Review Letters'da bu yeni araştırma sonucunu tanıtan bir makale yayınladı. Bu çok karmaşık bir fenomendir. "Yüzyıldan fazla bir süredir üzerinde çalışılmış olmasına rağmen, 21. yüzyılda bile enerji devrimi, bilgisayar devrimi, nano-transistörler, tüm harika şeyler hakkında konuşurken hala birçok tartışma var. Bu yüzyılda ve hatta sonraki yüzyılda bile, bunlar ısı transferi ile sınırlıdır.
- MIT araştırmacıları, kaynayan krizlerin nasıl öngörüleceğini ve önleneceğini analiz etmenin bir yolunu buldular. Kaynama krizi, yüzeyden suya daha fazla ısı transferini engelleyen, sıcak bir yüzey üzerinde sürekli bir buhar tabakası oluşturacak kadar çok sayıda kabarcık oluşumunu ifade eder. Resim: Massachusetts Teknoloji Enstitüsü
Örneğin, bilgisayar çipleri küçüldükçe ve daha güçlü hale geldikçe, bazı yüksek performanslı işlemciler ısıyı dağıtmak için sıvı soğutma gerektirebilir Sıradan soğutma fanları için sıvı soğutma çok güçlüdür. (Bazı süper bilgisayarlar ve hatta bazı ileri teknoloji oyun bilgisayarları, çipleri soğutmak için zaten pompalanmış su kullanıyor). Benzer şekilde, fosil yakıt, güneş veya nükleer santraller olsun dünyadaki çoğu enerji santrali, türbinleri elektrik üretmek üzere çalıştırmak için esas olarak buhar üretir. Bir nükleer enerji santralinde su, nükleer reaksiyonlarla suyu ısıtan yakıt çubuklarıyla ısıtılır. Isı, metal yüzeyden suya yayılır ve yakıttan enerji üretim türbinine enerji aktarımından sorumludur, ancak bu aynı zamanda yakıtın aşırı ısınmasını ve muhtemelen erimeye neden olmasını önlemenin anahtarıdır. Kaynama krizi durumunda, sıvıyı metalden ayıran bir buhar tabakası oluşumu, ısı transferini engelleyebilir ve hızlı aşırı ısınmaya neden olabilir.
Bu risk nedeniyle, düzenlemeler, nükleer santrallerin ısı akısı yoğunluğunun, bir kaynama krizini tetikleyebilecek ve ana bileşenlere zarar verebilecek ısı akısı yoğunluğu olan kritik ısı akısı yoğunluğunun (CHF)% 75'ini geçememesini gerektirmektedir. Bununla birlikte, CHF'nin teorik temelinin yetersiz anlaşılması nedeniyle, bu seviyelerin tahminleri çok ihtiyatlıdır. Bucci, bu fenomen hakkında daha fazla kesinlik varsa, bu nükleer santrallerin daha yüksek sıcaklıklarda çalışabileceğini ve böylece daha fazla elektrik üretmek için aynı nükleer yakıtı kullanabileceğini söyledi. Kaynama ve CHF'yi daha iyi anlamak için "çok zor bir problem çünkü çok doğrusal değildir", malzemelerdeki veya yüzey dokusundaki küçük değişikliklerin büyük bir etkisi olabilir. Ama şimdi, laboratuvar deneylerinde bu sürecin ayrıntılarını yakalayabilen daha iyi araçlar sayesinde, bu fenomeni gerekli zamansal ve uzamsal çözünürlükle gerçekten ölçüp grafiğini çizebildik, böylece baştan başlayabiliriz. Kaynayan bir krizin nasıl başladığını anlayın.
Gerçekler, bu fenomenin şehirdeki trafik akışıyla veya hastalığın insanlar arasında yayılma biçimiyle yakından ilişkili olduğunu kanıtladı. Özünde, olayların nasıl bir araya geldiği sorusudur. Bir şehirdeki araba sayısı belirli bir eşiğe ulaştığında, daha büyük bir eşik vardır. Bazı yerlerde kalabalık olabilir ve trafik sıkışıklığına neden olabilir. Dahası, hastalık taşıyıcıları hava limanları veya oditoryumlar gibi kalabalık yerlere girdiklerinde salgını tetikleme şansı artacaktır. Araştırmacılar, ısıtma yüzeyindeki kabarcıkların sayısının benzer bir modele sahip olduğunu bulmuşlardır; belirli bir kabarcık yoğunluğunun ötesinde, kabarcıkların toplanma, birleşme ve yüzeyde bir yalıtım tabakası oluşturma olasılığı artacaktır. Kaynama krizi, esasen, yüzeyin patlamasına neden olan, birbiriyle birleşip birleşen kabarcıkların birikmesinin bir sonucudur.
Bucci, benzerlikler nedeniyle, tıpkı trafik sıkışıklığını simüle etmek için aynı yöntemi kullanmak gibi, kaynamayı simüle etmek için aynı yöntemi kullanmak için ilham alabileceğimizi söyledi. Bu modeller iyi incelenmiştir. Şimdi, deneylere ve matematiksel analize dayalı olarak, Bucci ve ortak yazarlar bu fenomeni ölçebildiler ve böyle bir balon birleşmesinin ne zaman meydana geleceğini belirlemenin daha iyi bir yolunu bulabildiler. Bu modeli kullanmanın, oluşan balonun desenine ve yoğunluğuna bağlı olarak bir kaynama krizinin ne zaman ortaya çıkacağını tahmin edebileceğini kanıtlayın. Analiz, yüzeyin nanoyapısının önemli bir rol oynadığını göstermektedir.Bu, CHF'yi artırmak için ayarlama yapmak için kullanılabilecek birkaç faktörden biridir. Bu, enerji santralleri için sıvı soğutma, gelişmiş bilgisayar çipleri veya ısı transferinin önemli bir faktör olduğu diğer birçok işlem olsun, potansiyel olarak daha güvenilir ısı transferine yol açar.
Bu bilgi sadece kaynama krizini tahmin etmek için kullanılamaz, aynı zamanda kaynama yüzeyini değiştirerek ve böylece kabarcıklar arasındaki etkileşimi en aza indirerek ve bu anlayışı yüzeyi iyileştirmek için kullanarak çözümler keşfedilebilir, böylece "kabarcıklar" ı kontrol edebilir ve önleyebiliriz. Engellendi '. Bu araştırma, nükleer santrallerin daha yüksek ısı akışlarında güvenli bir şekilde çalışabilmesi için bazı değişiklikler sağlayabilir, yani ısıyı şu anda izin verilenden daha hızlı dağıtırsa, etki önemli olabilir. Yüzeyin kontrol edilmesiyle kritik ısı akışının% 10 ila% 20 artırılabileceği kanıtlanabilirse, mevcut yakıt ve kaynaklardan daha iyi yararlanılarak küresel olarak aynı miktarda elektrik üretimi artırılabilir.
Brocade Park-Science Popularization Araştırma / Gönderen: Massachusetts Institute of Technology / David L. Chandler
Referans Dergi Literatürü: "Physics Review Letters"
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.122.132001
Brocade Park - Evren Biliminin Güzelliğini Sunuyor
(Daire kartı buraya eklendi, lütfen görüntülemek için Toutiao istemcisine gidin)Sol alt köşede [Daha fazla bilgi] Boke Garden uygulamasını indirin
