Ученые разработали способ ускорить закипание воды.

Новости МирТесен

Использование микро- и наноструктурирования поверхности нагревательного элемента способствует более эффективному нагреву воды и снижает энергопотребление при кипячении.

Мы часто используем чайники, чтобы вскипятить воду для чая или кофе. Для нагрева воды электрочайники оснащены металлическим нагревательным элементом, обычно в форме спирали или диска, потребляющим несколько киловатт мощности. Из-за высокой теплоемкости вода требует значительных затрат энергии для нагрева, поэтому работающие чайники относятся к наиболее энергозатратным приборам бытового назначения.

Вскоре потребление электроэнергии может быть значительно сокращено. Специалисты из Массачусетского технологического института (MIT) предложили новую конструкцию поверхности нагревательного элемента, способствующую более быстрому и эффективному закипанию воды. О результатах исследования профессор Эвелин Вонг (Evelyn Wang) и ее коллеги сообщают в статье, опубликованной в журнале Advanced Materials. Коротко о работе рассказывает пресс-служба MIT.

При нагревании воды на дне емкости формируются пузырьки пара, количество которых увеличивается по мере приближения к точке кипения. Однако эти пузырьки располагаются слишком близко друг к другу, формируя плотный газовый слой, который уменьшает эффективность теплопередачи от нагревателя к жидкости. Эвелин Вонг и ее коллеги предложили решение этой проблемы, структурировав поверхность нагревателя для усиления образования пузырьков и предотвращения формирования изолирующего слоя.

Новая структура базируется на массиве углублений шириной 10 микрометров, которые располагаются на расстоянии 2 миллиметра друг от друга и находятся на небольших возвышениях, напоминающих колонны. Эти возвышения обеспечивают подачу нагретой воды от дна к углублениям, формируя непрерывный поток жидкости, который эффективно переносит тепло снизу вверх. Углубления способствуют образованию пузырьков и удерживают их, препятствуя их слиянию. Дополнительно, на нанометровом уровне структура имеет неровности, которые увеличивают площадь поверхности нагревателя.

Проведенные лабораторные исследования структурированного нагревателя выявили, что его коэффициент теплопередачи, демонстрирующий эффективность передачи тепла через материал, почти в четыре раза превышает аналогичный показатель, а критический тепловой поток, определяющий интенсивность газообразования при нагреве, – на 50.

«Достигнутый уровень производительности позволит значительно сократить потребление энергии в различных областях, где применяется кипячение», — заключают ученые. Действительно, подобные процессы необходимы не только для приготовления напитков или приготовления пищи. Кипячение важно, например, и для работы паровых турбин.