Vänster:L=30 cm hög bildförhållande G=D/L=1 RBC-cell med 28 mm tjocka topp- och bottenplattor D=30 cm i diameter gjord av värmeglödgad koppar med värmeledningsförmåga λp =2210Wm −1 K −1 och termisk kapacitet cp =0,144Jkg −1 K −1 på THe =(TT +TB )/2≈5K , där TT och TB är typiska temperaturer för topp- och bottenplattorna. Från toppplattan förs det mesta av värmen bort via värmeväxlingskammaren till det flytande He-kärlet ovanför. Toppplattans temperatur TT (t) är grovt inställt av trycket i värmeväxlingskammaren och mer exakt avstämd och modulerad av den likformigt fördelade värmaren limmad i spiralspåret på ovansidan av toppplattan. En liknande värmare levererar antingen stadig eller harmoniskt modulerad värme till bottenplattan. Temperaturen på det konvektiva flödet på platser som visas (avstånd i millimeter) sonderas av små Ge-sensorer (numrerade 1–12) och plattornas av de finkalibrerade Ge-sensorerna Tt1 , Tt2 , Tb1 och Tb2 inbäddade i dem; se fotografiet uppe till höger, som visar deras positioner och spiralvärmarlunden. Kredit:Physical Review Letters (2022). DOI:10.1103/PhysRevLett.128.134502
Ett team av forskare från Institute of Scientific Instruments som arbetar med en kollega från Charles University, båda i Tjeckien, har visat att värme flödar mer effektivt när temperaturen på materialet som det strömmar genom svänger, i motsats till att förbli konstant. I deras artikel publicerad i tidskriften Physical Review Letters, gruppen beskriver experiment de utförde med att värma och kyla helium i en behållare och dess relevans för en teori som lades fram för bara två år sedan.
1916 visade fysikern John William Strutt, 3:e baron Rayleigh, ett exempel på oscillerande värmeflöde. Han fyllde en behållare med en vätska och placerade sedan en uppvärmd spole under den och en kylplatta ovanpå. Detta tvingade vätskan att stiga och falla i behållaren. Effekten har blivit känd som Rayleigh-Bénard-konvektion - den kan ses i lavalampor. För två år sedan föreslog ett team vid University of Twente att värmeflödet i ett Rayleigh-Bénard-konvektionssystem skulle vara mer effektivt om värmen som kom från basen svängde. I denna nya ansträngning har forskarna visat att denna teori är korrekt.
Arbetet gick ut på att skapa en behållare med en värmeanordning i botten som kunde röra sig genom en temperaturgradient över tiden. Och som Strutt placerade de en kylanordning ovanpå. Till skillnad från Strutt använde de dock en gas snarare än en vätska - i deras fall helium. De utförde också sina experiment under svalare än omgivande temperaturer. För att lära sig mer om inverkan av sådana svängningar på värmen som strömmar genom systemet, genomförde de flera körningar under vilka svängningarnas hastighet varierade från 0,006 till 0,2 Hz.
De fann att, som förutspått, en oscillerande värmekälla flyttade värme genom systemet mer effektivt - så mycket som 25% mer. Tidigare teorier föreslog att förbättringen av effektiviteten uppstår på grund av en destabilisering mellan gränserna för vätskorna i kammaren, vilket gör att vätskeområdena i dem lättare kan röra sig förbi varandra. + Utforska vidare
© 2022 Science X Network
