SEM-afbeeldingen en schema van het 3D-hybride oppervlak met anti-flodderende kenmerken door FilmWise en druppelsgewijze condensatie te combineren. Credit: National Taiwan University
Condensatie is van cruciaal belang voor toepassingen zoals stroomopwekking, wateroogst en koelsystemen. Traditionele oppervlakken lijden echter aan een daling van de prestaties onder hoge subkoeling, wanneer de oppervlaktetemperatuur veel lager is dan de omringende damp. Dit leidt tot wateroverstromingen en verminderde warmteoverdracht.
Om deze langdurige uitdaging aan te gaan, hebben onderzoekers van de National Taiwan University en de National Chung Hsing University een nieuw driedimensionaal (3D) hybride oppervlak ontwikkeld dat de condensatieprestaties aanzienlijk verbetert en overstromingen vermijdt, zelfs bij hoge subkoeling. Het papier is gepubliceerd in Kleine structuren.
Het nieuwe oppervlak integreert korte hydrofobe nanodraden en hydrofiele microkanalen in een gestructureerd patroon. Deze combinatie helpt waterdruppeltjes efficiënt van het oppervlak te begeleiden, waardoor de accumulatie van water wordt voorkomen dat meestal warmteoverdracht belemmert.
In tegenstelling tot eerdere ontwerpen, ondersteunt dit oppervlak zowel druppelsgewijze condensatie voor hoge warmteoverdracht als gecontroleerde filmsgewijze condensatie in beperkte gebieden om drainage te begeleiden, waardoor stabiele prestaties over een breed temperatuurbereik mogelijk zijn.
Experimentele resultaten toonden aan dat het oppervlak met de smalste microkanalen (genaamd N100) de beste prestaties behaalde. Het handhaafde een stabiele en hoge warmteoverdrachtscoëfficiënt van 38,3 kW/m2· K bij een subkoeling van 16 K – 216% hoger dan een conventioneel hydrofiel oppervlak.
Op het N100 -oppervlak werden grote waterdruppeltjes efficiënt verwijderd door glijdende beweging langs de microkanalen, terwijl de beperkte film hielp de hechting te verminderen en het vertrek van de druppel bevorderde.
Deze innovatie biedt een robuuste oplossing voor het verbeteren van condensatie in praktische toepassingen zoals warmtewisselaars, airconditioners en ontziltingseenheden. De stabiliteit en prestaties tussen temperatuurbereiken vormen een aanzienlijke stap voorwaarts in warmteoverdrachtsmaterialen.
“Dit onderzoek laat zien hoe slimme oppervlakte-engineering de beperkingen van de huidige materialen kan overwinnen en de energie-efficiëntie in real-world systemen kan verbeteren,” zei prof. Ming-Chang Lu.
Meer informatie:
Ching -Wen Lo et al, aanhoudende condensatie -efficiëntie op 3D -hybride oppervlakken, Kleine structuren (2024). Doi: 10.1002/sstr.202400406
Geboden door de National Taiwan University
