Новый метод охлаждения чрезвычайно горячих поверхностей от разработчиков Массачусетского технологического института (MIT) может принести значительную пользу промышленному оборудованию и электронным устройствам.

Жидкостное охлаждение, признанное многими как более тихий и эффективный метод отвода тепла по сравнению с традиционным воздушным, обычно используется в таких устройствах как: автомобильные двигатели внутреннего сгорания, портативные устройства, промышленное оборудование, теплообменники, персональные компьютеры уровня High-End и в других электронных системах.

Однако, как говорят разработчики с факультета Машиностроения  MIT, существует предел применимости жидкостного охлаждения, и приводят в пример опыт аварийной команды – неспособность охладить в достаточной мере японскую АЭС в Фукусиме, используя морскую воду после землетрясения и цунами, поразивших страну в 2011.  По словам Крипа Варанаси (доцента кафедры «Использования океана», факультета Машиностроения MIT и ведущего автора исследования), возможным объяснением данного ограничения является то, что когда капли воды падают на очень горячую поверхность, вместо того чтобы кипеть, они мгновенно начинают испаряться, образуя тонкий слой пара, и начинают прыгать по нему, как если бы они были на раскаленной конфорке.

Чтобы решить данную проблему, Варанаси и его со-авторы Хьюк-Мин Квон (действующий доктор наук MIT) и Д.С. Берд (бывший научный сотрудник MIT) разработали способ удерживающий капли от дрожания, который является частью метода более эффективного охлаждения горячих поверхностей. Метод заключается в создании текстурированной поверхности путем нанесения микромасштабных кремниевых столбиков на гладкую кремниевую поверхность. Команда установила, что новая текстурированная поверхность может быть нагрета на температуру,  как минимум на 100°С большую, чем для гладкой поверхности, при которой упавшая капля воды начинает подпрыгивать после приземления. Однако это проявляется лучше для капель, разбросанных равномерно.

Микроснимок, показывающий приземление капель на специально спроектированные кремниевые поверхности при различных температурах. При повышенных температурах капли начинают демонстрировать новое поведение, отличное  от кипения, дрожа и удерживаясь на прослойке пара, никогда полностью не смачивая поверхность.

По словам Берда, известные знания навели на мысль, что близко расположенные цилиндрики обеспечивают большую площадь соприкосновения, что позволяет капелькам за них удерживаться при более высокой температуре. Данная разработка может найти значительное применение во множестве систем, говорит Варанаси, включая генераторы пара, промышленные бойлеры, системы борьбы с пожарами и системы впрыска топлива, а так же в охлаждении электроники. «Наше новое понимание вовлеченных сюда физических явлений может помочь людям разрабатывать текстурированные поверхности для улучшенного охлаждения во многих типах систем, увеличив безопасность и эффективность одновременно» — сказал он. Результаты исследования опубликованы в журнале Applied Physics Letters

Йоав Пелес (профессор общего и аэрокосмического машиностроения и ядерных установок Политехнического института им. Ренсселера в Нью-Йорке, не принимавший участие в исследовании) уверен, что новая разработка может стать поворотной точкой в индустрии управления температурой. По его словам, расширение диапазона температур, в котором наблюдается данный феномен, было трудной задачей и над её решением бились последнюю сотню лет. Инновационная иерархичная текстура, разработанная группой Варанаси, является многообещающим подходом к преодолению неразрешимого препятствия, с которым сталкивались предыдущие поколения теплотехников.

Источник: Electronics-Cooling.com