تحسين كفاءة الطاقة في محطات الكهرباء ومنشآت تحلية المياه
تحسين أداء تبريد الأجهزة الإلكترونية
طورت فريق بحثي بمعهد KAIST تقنية جديدة لرفع كفاءة نقل الحرارة بمعدل يصل إلى 5.5 مرات من خلال تحسين تكون قطرات الماء وسرعة سقوطها. ويتوقع استخدام هذه التقنية في تحسين كفاءة الطاقة في محطات الكهرباء ومنشآت تحلية المياه، فضلاً عن تحسين أداء تبريد الأجهزة الإلكترونية.
أعلن معهد KAIST يوم أمس أن الفريق البحثي المشترك بين البروفيسور نام يونج-سوك من قسم الهندسة الميكانيكية والبروفيسور إيم سونغ-غاب من قسم الهندسة الكيميائية والحيوية، طور تقنية لرفع كفاءة نقل الحرارة في عملية التكثيف من خلال تعديل سماكة وهيكل طبقة الطلاء البوليمري.
تشير عملية التكثيف إلى تحول بخار الماء إلى سائل. وتستخدم هذه العملية في تحويل البخار إلى ماء مرة أخرى في محطات الكهرباء، وفي تحلية المياه المالحة للحصول على المياه العذبة، وفي تبريد الأجهزة الإلكترونية. وتعتمد كفاءة نقل الحرارة في عملية التكثيف على مدى سرعة إزالة قطرات الماء المتكونة على السطح.
كانت التقنيات السابقة تعاني من تناقض أساسي: عند جعل السطح خشناً لزيادة مواضع تكون قطرات الماء، لا تنزلق القطرات بسهولة؛ وعند جعل السطح أملس، ينخفض معدل تكون القطرات.
حل فريق البحث هذه المشكلة بالاستفادة من التجمعات النانوية التي كانت تُعتبر سابقاً عيباً في طبقات البوليمر التقليدية. استخدم الفريق طريقة الترسيب الكيميائي من الطور الغازي بمحفز بدء التفاعل (iCVD) لإنتاج طبقة بوليمر رقيقة تسمح بتكوّن تجمعات نانوية. تتميز تقنية iCVD بأنها تعتمد على تراكم مواد خام في الحالة الغازية على السطح لتكوين طبقة بوليمر رقيقة، مما يتيح طلاءً موحداً حتى على الأسطح ذات الأشكال المعقدة.
أدت التجمعات النانوية المتكونة بهذه الطريقة دور "بذرة" لتكوّن قطرات الماء الأولى. وكانت النتيجة أن الطبقة البوليمر الرقيقة أنتجت حوالي 3 أضعاف عدد قطرات الماء مقارنة بالطبقات الأكثر سماكة.
طبق الفريق البحثي بعد ذلك معالجة حرارية لتقليل قوة الالتصاق على السطح. بمعنى آخر، وازن الباحثون بين زيادة تكون قطرات الماء من خلال تعديل سماكة طبقة البوليمر وزيادة سرعة إزالة القطرات من خلال المعالجة الحرارية.
عند تطبيق طبقة البوليمر على أنابيب نحاسية مستخدمة فعلياً في المكثفات، حققت الطريقة الجديدة كفاءة نقل حرارة أعلى بحوالي 5.5 مرات من السطح النحاسي العادي، وأعلى بنسبة 50% على الأقل من طبقات الطلاء المقاومة للماء التقليدية.
قال البروفيسور نام يونج-سوك: "تكمن أهمية هذا الإنجاز في استخدام الهياكل النانوية التي اعتُبرت سابقاً عيباً كعامل مساعد في تكوّن قطرات الماء. نتوقع أن تجد هذه التقنية تطبيقات واسعة في مجالات الطاقة والبيئة، بما في ذلك المبادلات الحرارية الصناعية، خاصة أنها تتيح طلاءً رقيقاً وموحداً على الأسطح ذات الأشكال المعقدة."
* تمت ترجمة هذا المقال تلقائيًا بواسطة الذكاء الاصطناعي.