Ученые установили, что лазерная модификация материала до четырех раз улучшает теплообмен
Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) исследовали процесс кипения воды на материалах, модифицированных лазерным излучением. Результаты экспериментов показали, что лазерная модификация поверхностей повышает коэффициент теплоотдачи в среднем до четырех раз. Такой подход может лечь в основу разработки новых материалов для теплообменников, что будет способствовать повышению эффективности систем охлаждения в различных отраслях.
Авторы сравнили характеристики кипения воды на образцах трех различных материалов: алюминиевом сплаве, меди, а также меди с карбидом вольфрама. Каждая из поверхностей была предварительно обработана абразивными материалами и лазерным излучением. Во время экспериментов исследователи регистрировали характеристики образующихся пузырьков, определяли коэффициенты теплоотдачи и критические значения теплового потока.
«Несмотря на большое число работ, посвященных исследованию кипения, общепринятая теория этого процесса до сих пор не разработана. Это связано с многочисленными факторами, влияющими на кипение на разных материалах. Одними из ключевых факторов являются шероховатость поверхности и смачивание. В ходе исследования мы установили, что бесконтактные методы обработки поверхностей металлов позволяют формировать текстуру в широком диапазоне изменения как характеристик шероховатости, так и ее конфигурации и изменять свойства смачиваемости до экстремальных состояний — от супергидрофильности до супергидрофобности. Поэтому перспективным представляется обработка поверхностей теплообмена лазерным излучением для интенсификации протекающих на ней процессов», — отметил один из авторов исследования, доцент Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Дмитрий Феоктистов.
По словам ученых, обработка теплопередающих поверхностей наносекундным лазерным излучением за счет формирования микроребристой текстуры и улучшения смачивающих свойств коэффициент теплоотдачи может быть увеличен на поверхностях из алюминиевого сплава более чем в четыре раза, а на медных поверхностях — более чем в 2,5 раза. Материалы с такой обработкой могут найти применение в различных отраслях, включая энергетический сектор и системы охлаждения, где высокая эффективность теплоотвода играет ключевую роль.
Исследование поддержано грантом РНФ.