Физики из Вирджинского политехнического института и университета штата (Virginia Polytechnic Institute and State University) открыли новый способ левитации воды, детально изученный еще около 300 лет назад Иоганном Готлобом Лейденфростом. Это открытие позволяет значительно снизить температуру, при которой капли воды начинают летать над охлаждаемой поверхностью. Данное достижение может улучшить эффективность теплоотвода в системах водяного охлаждения, таких как атомные реакторы.
Эффект Лейденфроста заключается в том, что паровая прослойка между каплей жидкости и перегретой поверхностью служит теплоизолятором, заставляя каплю парить над поверхностью. В критических ситуациях это может привести к взрывам пара, что недопустимо в ядерных реакторах и в целом при эксплуатации охлаждающих систем.
Исследователи из Вирджинии стремились создать условия, способствующие безопасной передаче тепла от охлаждаемой поверхности к жидкости, чтобы снизить риск взрывного парообразования, который возрастает с увеличением температуры среды.
Мы ожидали, что микропилляры изменят поведение этого известного эффекта Лейденфроста, но результаты превзошли наши ожидания. Наблюдаемые взаимодействия пузырьков пара и капель стали большим открытием в области теплопередачи при кипении.
Разработанная учеными охлаждаемая поверхность состоит из сотен крошечных столбиков высотой около 0,08 мм, расположенных сеткой с шагом ячейки около 0,12 мм. Капля воды на такой поверхности покрывает около 100 столбиков. Эти столбики, вдавливаясь в каплю, способствуют её более быстрому закипанию. В результате, эффект левитации проявляется значительно быстрее и при температуре всего 130 °C вместо обычных 230 °C для плоских поверхностей.
Это открытие можно применить в различных областях, где используется жидкостное охлаждение, включая компьютерные системы и особенно суперкомпьютеры, которые всё чаще размещаются на атомных электростанциях из-за их возросшего потребления энергии.