การทำของร้อนให้เย็นมาก – และทำซ้ำได้อย่างน่าเชื่อถือ – เป็นธุรกิจที่ยุ่งยาก ตอนนี้ นักวิจัยในเนเธอร์แลนด์ได้พัฒนาความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับเทคนิคที่เรียกว่าการทำความเย็นแบบสเปรย์ด้วยความเย็น ซึ่งกำลังเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วในฐานะวิธีการทำความเย็นเชิงพาณิชย์ การทำความเย็นแบบพ่นด้วยความเย็นแบบไครโอเจนิกส์ทำงานโดยกระทบหยดของของเหลวที่อุณหภูมิต่ำ (เช่น ไนโตรเจนเหลว)
บนพื้นผิวที่เป็นของแข็ง ด้วยความร้อนแฝง
ของการเปลี่ยนเฟสของไอของเหลวทำให้เกิดการควบคุมอุณหภูมิ เทคนิคนี้มีการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมและชีวการแพทย์ที่หลากหลาย เช่น การแปรรูปวัสดุด้วยความเร็วสูงของเครื่องมือกลและชิ้นส่วน การแช่แข็งผลิตภัณฑ์อาหารเพื่อการเก็บรักษาในระยะยาว และการบำบัดด้วยการแช่เยือกแข็งแบบสเปรย์โดยตรงสำหรับรอยโรคก่อนเนื้อร้ายและมะเร็งในหลอดอาหาร
แม้จะมีความเรียบง่ายที่เห็นได้ชัด แต่กลไกพื้นฐานของการทำความเย็นแบบฉีดพ่นด้วยความเย็นก็ยังคงเข้าใจยาก โดยวิศวกรมักถูกบังคับให้ใช้วิธีการทดลองและข้อผิดพลาดที่มีราคาแพงและใช้เวลานานเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพเครื่องมือและกระบวนการแช่แข็ง อย่างไรก็ตาม ทีมนักวิทยาศาสตร์ที่มหาวิทยาลัย Twente ได้รับข้อมูลเชิงลึกที่สำคัญเกี่ยวกับกระบวนการนี้โดยศึกษาฟิสิกส์พื้นฐานของปฏิกิริยาระหว่างหยดกับพื้นผิวที่อุณหภูมิห้องเย็นจัด
“ประสิทธิภาพการทำความเย็นขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์หลายประการ: ขนาดของหยด, ความเร็วของหยด, มุมของการกระแทก, เช่นเดียวกับคุณสมบัติทางกายภาพของของเหลวแช่แข็งและวัสดุที่จะเย็นลง” Srinivas Vanapalli อธิบาย ซึ่งเป็นหัวหน้าฝ่ายวิจัยในห้องปฏิบัติการวิทยาศาสตร์ความร้อนประยุกต์ของ Twente
หยดไดนามิก Vanapalli และเพื่อนร่วมงานของเขา
Thomas Nes (ตอนนี้อยู่ที่ CERN) และ Michiel van Limbeek (ปัจจุบันอยู่ที่ Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organization ใน Göttingen) ได้ดูปรากฏการณ์ที่น่าสนใจที่เรียกว่า Leidenfrost effect โดยที่หยดของเหลวจะลอยอยู่เหนือของแข็งร้อน พื้นผิว. หยดน้ำจะถูกจับโดยไอที่ปล่อยออกมา ซึ่งเรียกว่าระบบการเดือดแบบไลเดนฟรอสต์ ผลกระทบจาก Leidenfrost เป็นสิ่งที่ไม่พึงปรารถนาอย่างมากในระบบทำความเย็นแบบพ่นฝอย เนื่องจากไอระเหยก่อตัวเป็นชั้นที่แยกออกมาซึ่งป้องกันการถ่ายเทความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพระหว่างของแข็งกับหยด
เพื่อศึกษาพฤติกรรมหยดบนพื้นผิวอย่างใกล้ชิด นักวิจัยได้ปล่อยหยดไนโตรเจนเหลวเพียงครั้งเดียวบนปริซึมไพลินเรียบๆ และติดตามความคืบหน้าจากด้านล่างโดยใช้การถ่ายภาพ TIR ความเร็วสูงและหงุดหงิด “ในสภาวะที่เกิดจากการแช่แข็ง ปริซึมมีลักษณะเป็นตัวนำความร้อนที่สมบูรณ์แบบ” Vanapalli กล่าว “ในขณะที่ความโปร่งใสช่วยให้เราสามารถศึกษาพฤติกรรมการสัมผัสระหว่างผลกระทบและระยะการแพร่กระจายของการตกหล่น”
ทีมงานสามารถแมปพฤติกรรมการเดือดในแผนภาพเฟสได้ด้วยการแปรผันความเร็วกระทบการตกกระทบและอุณหภูมิเป้าหมาย ยิ่งไปกว่านั้น การรวมการวัดแบบหยดเดียวกับการศึกษากระแสหยดของหยดไนโตรเจนเหลวแบบต่อเนื่องทำให้สามารถเชื่อมโยงอัตราการหล่อเย็นกับพฤติกรรมการทำให้เปียกของหยดเดียวได้ ซึ่งเผยให้เห็นข้อตกลงที่ดีระหว่างแผนภาพเฟสกับการระบายความร้อนต่างๆ เส้นโค้ง (เช่นเดียวกับพฤติกรรมที่สังเกตพบก่อนหน้านี้สำหรับของเหลวที่ไม่ก่อให้เกิดการแช่แข็งในการใช้งานการทำความเย็นแบบพ่นฝอย)
ความเร็วกระแทก การศึกษาของทีม
โดยใช้หยดเดียวเป็นระบบแบบจำลองและการปรับขนาดเป็นกระแสของหยด แสดงให้เห็นว่ากำลังทำความเย็นเป็นสัดส่วนกับความเร็วกระแทกของหยดในระบบการเดือดแบบไลเดนฟรอสต์ การวิเคราะห์อย่างรอบคอบเกี่ยวกับพฤติกรรมการแพร่กระจายของหยดไนโตรเจนเหลวและไนโตรเจนยังเผยให้เห็นการค้นพบที่ขัดกับสัญชาตญาณอย่างมาก
โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สำหรับอุณหภูมิพื้นผิวทั้งหมดในระบบการเดือดแบบสัมผัส (เมื่อหยดสัมผัสกับของแข็งและฟองอากาศที่ส่วนต่อประสานระหว่างของเหลวกับของแข็ง) ค่าการนำไฟฟ้าในการระบายความร้อนจะมากกว่าการระเหย เนื่องจากบทบาทของการระเหยกลายเป็นไอกับความร้อนแฝง พฤติกรรมนี้จึงมีแนวโน้มที่จะเด่นชัดมากขึ้นสำหรับของเหลวที่มีขั้ว เช่น น้ำ ซึ่งความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอจะมีลำดับความสำคัญมากกว่าไนโตรเจนเหลว
เมื่อนำมารวมกัน ข้อมูลเชิงลึกเหล่านี้มีนัยสำคัญสำหรับการทำความเข้าใจช่วงของกลไกการถ่ายเทความร้อนที่เกิดขึ้นในระบบทำความเย็นแบบสเปรย์เย็นด้วยความเย็น “เมื่อเราเข้าใจกระบวนการพื้นฐาน” Vanapalli กล่าวสรุป “เราสามารถพัฒนาแบบจำลองทางฟิสิกส์เพื่อคาดการณ์อัตราการถ่ายเทความร้อน โดยให้วิศวกรแอปพลิเคชันมีชุดเครื่องมือในการออกแบบและเพิ่มประสิทธิภาพระบบระบายความร้อนด้วยสเปรย์สำหรับกระบวนการเฉพาะของพวกเขา เยี่ยมมากถ้าคุณจะให้อภัยการเล่นสำนวน”
การวิจัยได้รับการสนับสนุนจากหน่วยงานระดมทุนของเนเธอร์แลนด์NWO-TTWภายในโครงการ CryoOn และจะอธิบายไว้ในบทความฉบับต่อไปในInternational Journal of Heat and Mass Transfer
“ในทางทฤษฎี เทคนิคการวิเคราะห์ตามแบบฉบับจะค้นหาจุดในพื้นที่คุณลักษณะของวัสดุที่อยู่บนขอบของเปลือกนูนของดาต้าคลาวด์” Benyamin Motevalli ผู้เขียนนำ การ ศึกษาอธิบาย “ซึ่งหมายความว่าวัสดุที่เป็นไปได้ทั้งหมดสามารถอธิบายได้ว่าเป็นการรวมเชิงเส้นของคะแนนตามแบบฉบับ (บริสุทธิ์) เหล่านี้ วิธีการนี้สามารถทำนายโครงสร้างตามแบบฉบับที่ไม่รวมอยู่ในชุดข้อมูลได้”
การจัดกลุ่มเป็นเทคนิคที่ไม่มีผู้ดูแลซึ่งค้นหารูปแบบในชุดข้อมูลและโครงสร้างกลุ่มตามความคล้ายคลึงกัน เขากล่าวกับPhysics World
Credit : zakopanetours.net ianwalk.com immergentrecords.com imperialvalleyusbc.org inmoportalgalicia.net iranwebshop.info ispycameltoes.info italiapandorashop.net jpjpwallet.net l3paperhanging.org
