Mindenki tudja, hogy a forrásban lévő víz esetében buborékok törnek a felszínre, a tudomány azonban ezen is képes változtatni. Bár magát a buborékképződés nélküli forrási folyamatot már korábban is elérték, az amerikai Northwestern Egyetem kutatása lehetővé teszi ennek a buborékmentes állapotnak a fenntartását akkor is, amikor a vizet körülvevő forró anyagok hűlni kezdenek.
A jelenség a Leidenfrost-hatáson alapul. Ha egy serpenyő elég forró, a vízcseppek hosszú időn át mozognak, táncolnak a fémlap felszínén, a forráspontjánál jelentősen melegebb környezet ugyanis egy gőzpárnát képez a vízcsepp körül, ami hőszigetelőként viselkedve lassítja a forráspont elérését, ezáltal az elpárolgását. Hasonló, bár fordított helyzet alakul ki, ha egy, a víz forráspontjának többszörösére hevített fémgolyót majdnem forrásban lévő vízbe mártunk. Ekkor a golyó körül kialakuló gőzpárna hatására a folyadék buborékképződés nélkül forr fel, magyarázta Neelesh Patankar a Northwestern elméleti tudósa, a kutatás vezetője. A felület hűlésével azonban a kezdetben 2-3 milliméteres gőzréteg viszonylag hosszú idő után, igen látványosan omlik össze, a vízben pedig megindul a buborékképződés, heves kitörést idézve elő. A Leidenfrost-hatás komoly probléma a vegyi üzemekben és az atomreaktorokban, ahol a folyékony víz és a forró fémek reakciója akár robbanásokhoz is vezethet, emlékezzünk csak Fukusimára.
Azonban, ha sikerülne elég hosszan távol tartani a forró vizet az anyagtól, a gőz fennmaradhatna azután is, hogy az anyag a víz forráspontja alá hűl, kiiktatva a robbanás kockázatát, vetette fel Patankar. Elmélete teszteléséhez a szaúdi Abdullah Tudományos és Műszaki Egyetem csapata Ivan Vakarelski vezetésével fémgömböket vont be egy kereskedelmi forgalomban is elérhető nanorészecske alapú bevonattal, ami egy érdes, erőteljesen vízlepergető felületet biztosított, majd 400 Celsius fokra hevítették a gömböket és szoba hőmérsékletű vízbe merítették azokat.
Az érdes bevonat üregei megteltek gőzzel, stabilizálva a Leidenfrost gőzpárnát, háborítatlanul hagyva a körülötte elhelyezkedő vizet egészen addig, míg a gömbök 100 fokra visszahűltek. A hűléssel együtt a gőzpárna is fokozatosan vékonyodott, kiküszöbölve az összeomlást, ezáltal teljes egészében kiiktatva a forrás buborékozó fázisát. ”Azt hittük javíthatunk a Leidenfrost hatás és a buborékképződés közötti átmeneten, de nem csak hogy, lecsökkentettük, hanem teljesen egészében meg is szüntettük” - mondta Vakarelski.
"Egy régóta ismert hatást manipuláltunk a megfelelő anyagokkal és kémiával, hogy meggátoljuk a forrás közbeni buborékképződést" - mondta Patankar, aki szerint felfedezésük a buborékokkal kapcsolatos robbanások megelőzése mellett egy napon alkalmazható lesz a hőátadó berendezéseknél, vagy akár a hajók közegellenállásának csökkentésére, és nem utolsó sorban fagyásgátló technikákhoz is elvezethet.
johnfly#21
Véleményem szerint a gőzpárna akkor is jelen marad ebben az esetben, amikor a test hőmérséklete 100 celziusz álá csökken, mivel hozzá tapadt a felülethez, ezért onnan nem tud a már kialakult gőz elszakadni, de vízzé visszaalakulni sem tud, mert a környezet nem elég hideg hozzá, hogy az ehhez szükséges hőt leadja. Újabb adag gőz nem keletkezik, nyilvánvalóan, a visszamaradó gőz még akkor keletkezett, amikor a gömb hőmérséklete melegebb volt 100 foknál. Csak odaragadt. Mint béka a fakerékre.
Molnibalage#20
Ezzel azt akarom mondani, hogy ha vég különböző méretű hőcserélőd, akkor nem azt csinálod, hogy felítod a diffegyenletek és végigszámolod a diffegyeneletet. A dimenziótlan diffegyenletek meg vannak oldva, paraméteres görbeseregek. Az adott problémánál kiszámolják a (dimenziótlan) hasonlósági számokat, és az alapján már felhasználhatóak az előre kiszámolt eredmények. Remélem így érthetőbb. A módszer hátránya természtesen az, hogy ahány hőcserélő, annyi ilyen egyszerűsítő öszefüggés volt és minél szélsőségesebb esetre oldottad meg, annál pontatlanabb volt. Viszont akkor ennyit tudtak.
(Ma a hasonlósági számokat a végeselem modellek validálására is szokták használni. Pl. áramkép számításánál hiába ad egyezést a mérésekkel, a fali csúcsszatófeszülségre jellemző hasonlósági szám rossz, akkor nem fogadható el a modell, stb.)
Molnibalage#19
A hő- és áramlástechnikai jelenségeket dimenziótlan számokkal is le lehet írni. Ez azért jó, mert anno a diffegyenleteket csak így tudták gyorsan megoldani. Adott hasonlósági számon belül érvényes zárt alakban van iteratívan megoldható összefüggésekkel dolgoztak. A hasonlósági számok ezen felül másra is jók. Csak egy egyszerű példa.
Ha veszel egy 2 cm-es fém golyót és légáramlásban helyezed, akkor lesz egy légellenállás tényezője adott levegő sebességnél, sűrűségnél és hőmérsékletnél. A kérdés az, hogy mikor lesz pl. egy négyszer akkora golyónak ugyanakkora légellenállás tényezője. Figyelem, ez nem a légellenállási erő abszolút értéke. Hát akkor, ha a rá vonatkozó hasonlósági számok egyeznek. Áramlásoknál ez jellemzően a Reynolds szám azonosságát jelenti. Tehát, ha te kimérsz egy 2 cm-es golyóval áramlási sebesség változtatásával különő Re szám értékeknél ellenállás tényezőket, akkor ugyanakkora Re számnál pusztán a nagyobb vagy kisebb golyó méretével kiszámolható (közelítőleg) az eltérő méretű, de hasonló test légellenállása, azonos Re szám tartományban.
A hőtechnikai prbolémáknák is vannak ilyen hasonlósági számok. A kismita modellkísérletek alapja az, hogy melyik hasonlósági számot tartod állandónak és mennyire pontosan. Hőtechikában ilyen pl. a Grashof szám, Nusselt-szám, stb.
a Leidenfrost-gőzpárna akkor is jelen van, ha az anyag 100C° hőmérséklet alá süllyed? mert ha nem, akkor mégis csak forrásról beszélünk, hiszen elég valószínűtlen lenne másképp, hogy épp a forráspont alá hűlés megszüntetné egyébként.
azt hiszem ez nem lehetne kizárható, mivel elképzelhető, hogy a forrást a kis fajsúlyú, gyenge hővezetésű, de nagy hőenergiájú levegő folyamatosan a víz felszínén valósítja meg, épp csak egy nagyon vékony, felszíni rétegében a víznek.
ha pedig 100C° alá süllyed a bevont anyag felülete, akkor a gőzpárna egyszerűen megszűnik semmilyen következmény nélkül, mert ekkor már érintkezhet közvetlenül vízzel az anyag anélkül, hogy hidrogén felszabadulással nagy mennyiségben elforrjon.
segítsetek, ha tévedek, ingoványos területre érkeztem.
okosan gyerekek#17
ez jó meglátás lehet! ez hiányzott nekem a sztoriból, hogy miért jó, hogy a lyukacsokban vannak a gőzmolekulák: nyilván, mert ott jobban megtapadnak, ami önmagában egy relatív állandó fedettséget biztosít a felületnek még akkor is, ha a gödröcskék csúcsainál ez éppen nem mondható el. a végeredmény az, hogy valamekkora hányadban folyamatosan és erősen kötődbe a felülethez jelen van a gőzpárna.
okosan gyerekek#16
az első 10 sorral, amit leírtál nem lett volna semmi probléma, szívesen megpróbáltam volna megválaszolni a kérdéseidre, de ez:
"Lehetne úgy közölni egy cikket, hogy ne csak kérdéseket vessen fel, hanem eleve magyarázatokkal szolgáljon azokra? Mondjuk első blikkre a felmerülő kérdéseket a cikkben megválaszolni? Nem kérdés-felelek formájában, hanem a szövegbe ágyazva?"
mért van az, hogy nekem első olvasatra egész jól körvonalazódott minden komolyabb háttértanulmányok nélkül és mért van az, hogy te meg elkezdesz hőzöngeni a cikkíróra?
ami azt illeti nyugodtan anyázhatsz.
johnfly#15
Azt hiszem értem. A Leidenfrost gőzpárnára mindkét esetben felhajtóerő hat, ezért a felszín felé igyekszik emelkedni. Azonban az érdesebb felületen a gőz molekuláit nagyobb kohéziós erő köti a gömbhöz a nagyobb fajlagos felület miatt, így elég nagy mennyiségben van jelen ahhoz, hogy a víz ne érintkezzen a felülettel. Ez pontosan olyan mint a gekko talpa az üvegen, csak itt meg van fordítva, maga a felület tapadós, és a molekulák tudnak rajta futkározni, legyőzve a felhajtóerőt. Ebben az értelemben véve valószínűleg az áramló víz sodrásával szemben is képesek lennének a felületen maradni (a molekulák, nem a gekkók) szerintem.
Bannedusermail#14
Vicces vagy a szövegértési villogásoddal, ugyanis pont nem kapcsolódik sehogy az okoskodásod azzal, amire válaszolgatsz. Felvágos kis retardált pöcs vagy, ráadásul a büdös nagy semmire vered a nyálad.
Fukusimában meg kurvára nem az történt, amit itt összevizionálsz.
Ha neked is csak arról szól az SG. hogy kiékd a retardáltságod, akkor húzzál innen a retkes kurva anyádba.
Komolyan eljutottam odáig, hogy egy tucat embernél kevesebbet tartok itt érdemesnek az emberi hangnemre.
okosan gyerekek#13
nyilván ebben lehet valami. ettől függetlenül is azért ez hatalmas áttörés.
mivel sikerült annyi ismeretlen szakszót használod, így a felvetésed nem teljesen értem, viszont azt átlátom -- ha ez válasz a felvetésedre -- hogy minél nagyobb a vízbe mártott test hőmérséklete, annál megingathatatlanabb, stabilabb lesz a gőzpárna, mert a nagyobb hő, ha nem is egyenesen arányosan, de valamivel mindig több vizet fog gyorsan párolgásra kényszeríteni. tehát az egyedül problémát az okozhatja, hogy a víz áramlása a test kihűlésekor összenyomja a vízpárnát és közvetlen érintkezést tesz számára lehetővé.
okosan gyerekek#12
nettó faszságot beszélsz. itt nem forrásról van szó, hanem párolgásról. a fémgolyó olyan forró, hogy a maga körül lévő levegőt olyan hőmérsékletűre hevíti, hogy ez a légtömeg, víz közelében, akár felgyorsuló párolgást is képes eredményezni. tehát, ahogy közelíted a víz felé a gömb körül lévő forró levegő folyamatos párolgásra készteti a vizet a felgyorsuló párolgás pedig stabil vízgőz-réteget alkot a gömb köré. ennyi.