Une structure ouverte de fil de cuivre entourant un tuyau a été utilisée en laboratoire pour mesurer l'efficacité d'un champ électrique pour éloigner les gouttelettes d'une surface de condenseur. En combinaison avec un type particulier de surface superhydrophobe, le nouveau système peut presque doubler l'efficacité du processus de refroidissement, les chercheurs ont trouvé.
Des chercheurs du MIT ont poursuivi leur découverte selon laquelle les gouttelettes d'eau acquièrent une charge électrique lorsqu'elles sautent de certaines surfaces du condenseur en trouvant un moyen d'utiliser cet effet :ils ont découvert qu'en appliquant un champ électrique au système, les gouttelettes "sautent" plus rapidement loin de la surface. De cette façon, l'efficacité du transfert de chaleur à partir de cette surface peut être presque doublée.
Le travail est rapporté dans le journal ACS Nano par le postdoctorant MIT Nenad Miljkovic, professeur agrégé de génie mécanique Evelyn Wang, étudiant diplômé Daniel Preston, et l'ancien postdoctorant Ryan Enright.
La conclusion pourrait avoir un certain nombre d'applications, Miljkovic suggère, y compris dans la prévention de l'accumulation de glace sur les serpentins de condensation des réfrigérateurs et l'amélioration du refroidissement des puces informatiques hautes performances.
Miljkovic et ses collègues avaient initialement trouvé, plus tôt cette année, qu'un type particulier de nanostructuration des surfaces du condenseur - produisant une surface superhydrophobe - pourrait faire sauter des paires de gouttelettes de ces surfaces en raison de l'énergie libérée lorsqu'elles fusionnent. Ce phénomène à lui seul pourrait produire une amélioration de 30 pour cent de l'efficacité du transfert de chaleur à partir des surfaces du condenseur, ils ont trouvé. Puis, dans une découverte fortuite, ils ont remarqué que ces gouttelettes acquéraient spontanément une charge électrique positive en s'éloignant.
Profitant de cette découverte, les chercheurs ont maintenant découvert que la mise à la terre de la surface du condenseur et l'application d'une tension négative à un tube en treillis métallique qui l'entoure attirent les gouttelettes sautantes loin de la surface et vers le maillage, empêchant ainsi une poussée vers la surface par la pression de la vapeur d'eau environnante. Ce phénomène est "l'un des goulots d'étranglement" pour améliorer l'efficacité du transfert de chaleur, dit Miljkovic.
En raison de cet entraînement de vapeur, il dit, "toutes les gouttelettes ne sautent pas et ne s'échappent pas de la surface :certaines remontent, et cela peut réduire les performances." Le retour des gouttelettes peut provoquer une accumulation d'eau à la surface, et réduire le transfert de chaleur et conduire à l'accumulation de glace dans des conditions de gel. Mais le champ électrique appliqué peut réduire fortement ces problèmes, dit Miljkovic.
Ensemble, la surface à motifs et le champ électrique appliqué peuvent conduire à presque un doublement de l'efficacité du transfert de chaleur par rapport aux meilleures surfaces de condenseur d'aujourd'hui, dit Miljkovic. Il appelle le nouveau processus « condensation améliorée par le champ électrique ».
Cet effet pourrait entraîner une diminution de l'énergie et de l'entretien nécessaires au fonctionnement des unités de réfrigération commerciale, tels que ceux utilisés par les supermarchés, il dit, en empêchant l'accumulation de glace sur les serpentins du condenseur. Certaines entreprises qui fabriquent de tels équipements ont déjà manifesté leur intérêt pour la technologie, dit Miljkovic.
Le système pourrait également améliorer l'efficacité des systèmes de refroidissement avancés basés sur la condensation, tels que les chambres à vapeur et les caloducs utilisés dans certaines puces de microprocesseur avancées, où une accumulation d'eau sur la surface de condensation interfère avec le transfert de chaleur.
Miljkovic suggère qu'en appliquant simplement une charge positive à la nanostructure sous le revêtement hydrophobe sur la surface superhydrophobe, retirer le maillage chargé négativement, et la mise à la terre électrique du boîtier du condenseur pourrait produire le même effet en repoussant les gouttelettes. Cela pourrait fournir un système plus simple, et un qui serait plus facile à ajouter aux conceptions de condenseurs existantes.
Bien que les tests de laboratoire utilisés pour cette recherche soient évolutifs, tubes et treillis en cuivre nanostructurés, Miljkovic souligne que les effets sont indépendants des matériaux utilisés :par exemple, des tubes en aluminium moins chers avec une nanostructuration appropriée fonctionneront également.
En plus d'améliorer le transfert de chaleur, le procédé pourrait également être utilisé pour améliorer les performances des surfaces autonettoyantes à base de gouttelettes sautantes, Miljkovic dit : , toutes les particules de poussière ou de saleté sur cette surface ont tendance à être emportées avec elles. Plus les gouttelettes sont éliminées en profondeur, le nettoyeur de la surface.
Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.
