Images time-lapse de dégivrage dynamique sur des surfaces superhydrophobes et biphiles. Le temps t =0 représente l'instant où la fonte du givre a été observée pour la première fois visuellement. Crédit :Nenad Miljkovic, Ingénierie Grainger
La formation et l'accumulation de glace sont des problèmes difficiles pour plusieurs applications industrielles, y compris les systèmes de chauffage, de ventilation, de climatisation et de réfrigération (CVC&R), avion, transmission d'énergie, et plates-formes de transport. Formation de givre sur les échangeurs de chaleur, par exemple, réduit l'efficacité du transfert de chaleur et entraîne des pertes économiques importantes. De plus, les techniques de dégivrage et de dégivrage sont énergivores, nécessitant la fonte complète de grandes masses de glace et le nettoyage des surfaces des restes d'eau pendant le fonctionnement cyclique, faire du glaçage-dégivrage un problème de plusieurs milliards de dollars aux États-Unis.
Nenad Miljkovic, avec les chercheurs de son groupe, ont découvert un moyen d'améliorer considérablement le dégivrage de la glace et du givre sur les échangeurs de chaleur. Leurs découvertes, "Dégivrage dynamique sur surfaces superhydrophobes et biphiles, " ont été publiés dans Question .
Le dégivrage des échangeurs de chaleur est un processus très inefficace. Les méthodes de dégivrage courantes nécessitent non seulement une énergie importante pour faire fondre le givre, mais également une énergie supplémentaire pour évaporer l'eau fondue de la surface mouillable. Dans le passé, des chercheurs ont étudié l'utilisation de surfaces non mouillables (hydrophobes ou superhydrophobes) pour retarder le givrage et réduire l'adhérence de la glace, ce qui améliore effectivement les performances de dégivrage. Cependant, la rétention d'eau reste répandue sur de tels échangeurs de chaleur pendant le gel, dégivrer, et cycles de regel.
Afin d'éliminer la rétention d'eau, Miljkovic et une équipe dirigée par l'étudiant diplômé Yashraj Gurumukhi et le chercheur postdoctoral Dr. Soumyadip Sett ont étudié le dégivrage dynamique sur des surfaces hétérogènes avec des domaines de mouillabilité spatialement distincts, appelées surfaces biphiles. Ces surfaces biphiles présentent une alternance de régions superhydrophobes (hydrofuges) et hydrophiles (aimantes d'eau). Grâce à l'imagerie optique, les chercheurs ont montré que lors du dégivrage, la couche de givre sur une région superhydrophobe fond en une neige fondue très mobile, qui est tiré vers les régions hydrophiles par les forces de surface. Cette mobilité permet d'éliminer la neige fondue des régions superhydrophobes avant sa fusion complète, nettoyant ainsi la surface. L'eau est alors restreinte aux zones hydrophiles, où il s'évapore rapidement en raison de la plus grande surface de contact.
Le motif biphile ramifié des feuilles de bananier a été observé pour déterminer si une conception de surface inspirée de ce motif pouvait réduire le temps de nettoyage de la surface. Crédit :icon0.com de Pexels
En outre, optimiser la conception de leurs surfaces biphiles et comprendre les effets de l'hétérogénéité des motifs, l'équipe a étudié les motifs biphiles ramifiés inspirés des feuilles de bananier pour déterminer si cela réduirait le temps de nettoyage. Ils ont observé que les conceptions biphiles binaires étaient plus simples à fabriquer que les conceptions ramifiées et offraient de meilleures performances de nettoyage de surface pendant le dégivrage.
"Les cycles de dégivrage nécessitent l'arrêt des systèmes, givre complètement fondu, et surfaces nettoyées avant de redémarrer le système, consommant beaucoup de temps et d'énergie. L'amélioration de l'efficacité du nettoyage en utilisant des surfaces biphiles à motifs de mouillabilité peut réduire les temps d'arrêt du système et l'apport d'énergie de dégivrage, augmentant ainsi l'efficacité globale, ", a déclaré Miljkovic.
En effet, lorsqu'il est associé à des méthodes de fabrication à grande échelle appropriées, les surfaces biphiles ont le potentiel de surpasser les surfaces homogènes en termes d'améliorations du transfert de chaleur et de besoins énergétiques.
Leur travail fournit non seulement des directives de conception fondamentales pour la fabrication de surfaces biphiles, il illustre le rôle des gradients de mouillabilité sur la dynamique de dégivrage. Les travaux futurs des chercheurs réduiront encore le temps de dégivrage en identifiant les goulots d'étranglement critiques dans le processus et fourniront des méthodologies de conception pour créer des surfaces efficaces améliorant le dégivrage pour les applications industrielles.
