伊利诺伊大学香槟分校朱莉娅·帕克 超疏水和双疏水表面动态除霜的延时图像
时间t = 0表示首次目视观察到霜融化的瞬间
信用:内纳德·米利科维奇，格兰杰工程公司 冰的形成和积聚对于一些工业应用来说是具有挑战性的问题，包括暖通空调和制冷系统、飞机、能量传输和运输平台
例如，热交换器上的结霜降低了传热效率，并导致显著的经济损失
此外，除霜和除冰技术是能量密集型的，需要大量的冰完全融化，并且在循环运行过程中需要清除表面的残留水，这使得结霜除霜成为美国数十亿美元的问题
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内纳德·米利科维奇和他团队中的研究人员发现了一种显著改善换热器上冰和霜除霜的方法
他们的发现“超疏水和双亲水表面的动态除霜”已经发表在《物质》杂志上
热交换器的除霜是一个非常低效的过程
普通的除霜方法不仅需要大量的能量来融化霜，而且需要额外的能量来蒸发可润湿表面上的融化的水
过去，研究人员已经研究了使用不可润湿表面(疏水或超疏水)来延迟结霜和减少冰粘附，这确实提高了除霜性能
然而，在结霜、除霜和再结霜循环期间，水保留在这种热交换器上仍然很普遍
为了消除水分滞留，米利科维奇和一个由研究生雅什拉杰·古鲁穆基和博士后博士领导的团队
Soumyadip Sett研究了在非均匀表面上的动态除霜，该表面具有空间上不同的润湿性区域，称为双亲水表面
这些双亲水表面具有交替的超疏水(防水)和亲水(亲水)区域
通过光学成像，研究人员表明，在除霜过程中，超疏水区域的霜层融化成高度流动的雪泥，雪泥被表面力拉向亲水区域
这种流动性能够在超疏水区域完全熔化之前将其去除，从而清洁表面
然后水被限制在亲水区域，由于接触面积较大，水在亲水区域快速蒸发
观察香蕉叶的分支亲双性图案，以确定受该图案启发的表面设计是否能减少表面清洁时间
信用:icon0
来自Pexels 此外，为了优化双极性表面的设计并了解图案异质性的影响，研究小组研究了香蕉叶启发的分支双极性图案，以确定它是否会减少清洁时间
他们观察到，与分支设计相比，二元亲水设计更易于制造，并且在除霜过程中提供了更好的表面清洁性能
“除霜循环要求系统关闭，霜完全融化，表面清洁后再重启系统，这耗费了大量的时间和精力
通过利用润湿性图案化的双亲水表面来提高清洁效率，可以减少系统停机时间和除霜能量输入，从而提高整体效率，”米利科维奇说
实际上，当与合适的大规模制造方法相结合时，双亲水表面在传热增强和能量需求方面具有优于同质表面的潜力
他们的工作不仅为制造双亲水表面提供了基本的设计指导，还阐明了润湿梯度对除霜动力学的作用
研究人员未来的工作将通过识别过程中的关键瓶颈来进一步缩短除霜时间，并提供设计方法来为工业应用创造有效的除霜增强表面
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