科学探索|让冰悬浮?科学家发现新“不粘锅”效应
你知道如何让一口普通锅变身“不粘锅”吗?当将其烧得很热时,即使锅中不放油,也能让食物不粘锅——这其实是利用了莱顿弗罗斯特效应 。美国研究人员发现,冰也可以出现莱顿弗罗斯特效应,条件是表面加热到550℃ 。这一发现为工业应用中的水冷却设备和过程提供了更多有趣的可能 。相关论文发表在21日的《物理评论·流体力学》上 。
文章图片
当热源足够热时,水的行为会发生巨大变化 。弗吉尼亚理工学院副教授乔纳森·博雷科说,将水滴在加热到150℃或以上的铝板上,它不再沸腾 。当液滴接近铝表面时,形成的蒸汽被困在液滴下方,形成一个缓冲垫,防止液体与表面直接接触 。被困的蒸汽使液体悬浮,像空气曲棍球一样在加热的表面周围滑动——这种现象被称为莱顿弗罗斯特效应,于18世纪首次被提出 。
【科学探索|让冰悬浮?科学家发现新“不粘锅”效应】水能以固体、液体和气体3种状态存在,迄今为止,莱顿弗罗斯特效应是一种两相现象:蒸发的液体或升华的固体悬浮在其蒸气上 。
博雷科实验发现,即使铝加热到150℃以上,冰也不会像液体那样悬浮在蒸气上 。他继续提高温度后发现,悬浮的门槛要高得多:550℃ 。在达到这个门槛之前,冰下的融水继续在与表面直接接触的情况下沸腾,而不会表现出莱顿弗罗斯特效应 。
研究发现,冰下融水层的温差导致沸腾时间延长 。融水层有两个不同的极端:它的底部沸腾,这将温度固定在大约100℃,但它的顶部附着在剩余的冰上,这将它固定在大约0℃ 。实验模型揭示出,保持这种极端温差消耗了表面的大部分热量,这解释了为什么悬浮对冰来说更困难 。
对于冰的莱顿弗罗斯特效应来说,550℃的高温条件非常重要 。当加热时,冰块悬浮而非接触表面,不会造成热量蒸发 。
热传递在冷却计算机服务器或汽车发动机方面发挥巨大作用,在冶金方面也有潜在的应用 。例如,为了生产合金,需要对金属进行淬火,使金属变得更坚固而不脆化 。如果用冰,将允许热量通过3种水相(固态、液态、气态)迅速释放,从而迅速冷却金属 。
- 科学探索|科学家研发毫米级机器人 可实现人体内靶向给药
- 科学探索|野生蝙蝠被发现可在4年后识别跟食物奖励相关的铃声
- 科学探索|盘点大自然6种能使身体部位再生的动物
- 科学探索|中国空间站的光学舱:巡天空间望远镜预计2024年投入科学运行
- 科学探索|科学家发现了本质上不会衰老的物种
- 科学探索|问天实验舱器箭组合体今天进行垂直转运
- 科学探索|新研究揭示了大象是如何避免癌症的
- 科学探索|一种新开发的抗生素被发现可以杀死耐药性细菌
- 科学探索|增材纺织法造出人工心室模型
- 科学探索|MIT团队找到改善工业沸水工艺的方法