En ny studie från University of Hawaii i Mānoa har tagit fram en ny teknik som involverar värme som kan hjälpa till att förhindra olyckor med kärnkraftverk.

Kokning är vanligtvis förknippat med uppvärmning, dock, i många industriella tillämpningar i samband med extremt heta komponenter, såsom kärnkraftverk och metallgjutning, kokning används som en effektiv kylmekanism. Detta beror på "latent värme, "värmen som absorberas för att omvandla vatten till ånga, som tar bort en enorm mängd värme från en het yta.

Det finns en gräns för mängden värme som kan elimineras genom kokning. Att öka denna acceptabla värmegräns är viktigt av många skäl, men särskilt för säkerhets skull.

Sangwoo Shin, biträdande professor i maskinteknik vid College of Engineering, har visat ett nytt koncept som övervinner den acceptabla värmegränsen eller det som kallas det kritiska värmeflödet (CHF). Han leder ett forskargrupp som har tagit fram en ny metod som ökade CHF med 10 procent jämfört med metoder som använts tidigare.

Enligt Shin, detta är viktigt eftersom, om ytan är extremt varm, vattnet nära ytan kommer snabbt att förvandlas till ånga, lämnar ingen vätska för att kyla ytan.

"Resultatet av detta svikt i kylningen leder till en smältning av den uppvärmda ytan, som bevittnades från katastrofen vid kärnkraftverket i Fukushima 2011, "förklarade Shin. Händelsen föranleddes av Tohoku -jordbävningen som drabbade östra Japan, som genererade en tsunami och inaktiverade kraft- och kylsystem i anläggningens reaktorer. "I detta avseende, omfattande ansträngningar har gjorts för att öka CHF, " han sa.

Hittills, ett av de mest effektiva sätten att förbättra CHF är att grova ytan med nanostrukturer, specifikt, nanotrådar. Hög ytjämnhet leder till ett ökat antal platser där bubblan uppstår, vilket resulterar i förbättrad CHF.

Studien fann att kokande värmeöverföring var mycket gynnsammare med ett nytt koncept som innebär att belägga den heta ytan med hjälp av nanoskala bimorfer, en bit lång metall som kan böjas när den utsätts för värme på grund av termisk expansion.

Den heta ytan gör att bimorferna deformeras spontant, vilket gör att ytförhållandet blir mer gynnsamt för kokning.

Shin säger att framtida studier för ytterligare CHF-förbättring kan förväntas genom att välja rätt geometri och material för nano-bimorferna, vilket kan bidra till att utveckla energieffektiv teknik för extremt heta system.

Detta nya fynd, ett samarbete med forskare från Yonsei University och University of California Riverside, publicerades nyligen i Nano Letters.