நீர்த்துளி இயக்கவியலுக்கு வெப்ப கடத்தல் நிகழ்வு முக்கியமானதா?

மழையில் வாகனம் ஓட்டுவதற்கு, மழைத்துளிகள் விண்ட்ஷீல்டைப் பூசுவதற்குப் பதிலாக அல்லது உறைய வைப்பதற்குப் பதிலாக உருளுவது அல்லது குதிப்பது நல்லது என செயின்ட் லூயிஸில் உள்ள வாஷிங்டன் பல்கலைக்கழகத்தின் மெக்கெல்வி ஸ்கூல் ஆஃப் இன்ஜினியரிங்கின் பொறியாளர்கள் குழுவினர் கண்டறிந்துள்ளனர். அவர்கள், தண்ணீரை விரட்டும் மென்மையான பரப்புகளில் நீர்த்துளிகளின் இயக்கவியலில் முன்பு நினைத்ததை விட வெப்பத்தின் கடத்தல் முக்கிய பங்கு வகிக்கிறது என்பதையும் ஆய்வின் மூலம் தெளிவுபடுத்தியுள்ளனர்.

மெக்கானிக்கல் இன்ஜினியரிங் மற்றும் மெட்டீரியல் சயின்ஸ் உதவிப் பேராசிரியை பாட்ரிசியா வெய்சென்சி மற்றும்  முனைவர் ஜுன்ஹுய் லி ஆகியோர் இணைந்து அதிவேக வரைபட முறைகளைப் பயன்படுத்தி, நீர்த்துளிகள் சூடான, மென்மையான நீர்த்துளிகளை தாக்கும் போது உருவாகும் நுண்ணிய குமிழியை ஆய்வு செய்தனர். ஆராய்ச்சியின் முடிவுகள்  வெப்ப மற்றும் திரவ அறிவியல் ஆராய்ச்சி இதழில் ஜனவரி 1, 2022 அன்று வெளியிடப்பட்டுள்ளன.

அதில், குமிழி சில நூறு மைக்ரான் அளவு மட்டுமே  நீர் துளியின் உள்ளே உருவாகிறது, அது மேற்பரப்பில் இருந்து உயரத் தொடங்கும் போது அதன் அடியில் உள்ள காற்றை உறிஞ்சுகிறது.

“நாங்கள் துளியின் மீது அலைகளை உருவாக்குகிறோம், ஏனென்றால் துளியில் தாக்கம் ஏற்படும்போது, அது அழுத்துகிறது. மேலும் அது துளி வழியாக ஒரு அலையை அனுப்புகிறது மற்றும் நடுவில் காற்று குமிழியுடன் ஒரு டோனட் வடிவ துளியை உருவாக்குகிறது,” என்று வெய்சென்சி கூறினார்.

ஆய்வகத்தில், வெய்சென்சி மற்றும் லி மூன்று சூடான பரப்புகளில் நீர் துளிகளை சோதித்தனர்: டெஃப்ளான் மற்றும் ஒரே மாதிரியான மேற்பரப்பு வேதியியல் கொண்ட இரண்டு பொருட்கள்-PDMS, உயிரி இணக்கப் பொருள்; மற்றும் HTMS, ஹைட்ரோபோபிக் சிலேன் அடிப்படையிலான மோனோலேயர் பூச்சு ஆகியவை ஆகும். ஒத்திசைக்கப்பட்ட அதிவேக ஒளியியல் மற்றும் அதிவேக அகச்சிவப்பு வரைபடத்தைப் பயன்படுத்தி, மென்மையான மேற்பரப்பில் இருந்து நீர்த்துளிக்கு மாற்றப்படும் வெப்பத்தின் அளவு அதிகரித்த பரவல் வேகத்துடன் அதிகரிப்பதைக் கண்டறிந்தனர். கூடுதலாக, மேற்பரப்பின் வெப்பநிலை அதிகரிக்கும் போது குமிழியின் அளவு மற்றும் வடிவம் மாறுவதை அவர்கள் கண்டறிந்தனர். சுவாரஸ்யமாக, நீர்த்துளியின் பின்வாங்கலின் போது, ​​மொத்த வெப்பப் பரிமாற்றமானது முறையே 50C மற்றும் 65C மேற்பரப்பு வெப்பநிலையில் 5.6% மற்றும் 7.1% குறைக்கப்பட்டது, ஏனெனில் குமிழி மொத்த திரவ-திட இடைமுகப் பகுதியைக் குறைத்தது. ஒட்டுமொத்தமாக, இந்த முழு செயல்முறையும் சில மில்லி விநாடிகள் மட்டுமே நீடிக்கும். ஆனால் இந்த அமைப்புகளின் குளிரூட்டும் திறன் மற்றும் நீர்த்துளி இயக்கவியல் ஆகியவற்றில் ஆழமான தாக்கத்தை ஏற்படுத்தும்.

“வெப்பச்சலனம் அல்லது ஆவியாதல் மீதான நீர்த்துளி தாக்கத்தின் போது வெப்ப கடத்தல் என்பது வெப்ப பரிமாற்றத்தின் மிக முக்கியமான வடிவமாக இருப்பதை நாங்கள் கண்டறிந்தோம்” என்று வெய்சென்சி கூறினார்.

கூடுதலாக, அவர்கள் ஒரு கடினமான மேற்பரப்பில் நீர்த்துளிகளை சோதித்தனர். மேம்படுத்தப்பட்ட உராய்வு, சிறிய வெப்பப் பரிமாற்றப் பகுதி மற்றும் அதன் விளைவாக, குறைந்த வெப்பப் பரிமாற்ற வீதம் காரணமாக நீர்த்துளிகள் சிறிய பரவல் பகுதியைக் காட்டின, இது இறுதியில் ஸ்ப்ரே குளிரூட்டும் செயல்முறைகளின் செயல்திறனைக் குறைக்கும்.

“இந்த குறிப்பிட்ட ஆய்வுக்கு நாங்கள் சூடான மேற்பரப்புகளைப் பயன்படுத்தினோம் என்றாலும், காற்றோட்டம், விமான இறக்கை அல்லது காற்று விசையாழி பிளேடு போன்ற நீர்த்துளிகள் மேற்பரப்பை பாதிக்கும் பிற அமைப்புகளுக்கும் எங்கள் கண்டுபிடிப்புகளில் தாக்கங்களைக் ஏற்படுத்தியுள்ளன,” என்று அவர் கூறினார். “உதாரணமாக, குளிர்ந்த சூழ்நிலையில், நீர்த்துளிகள் அங்கேயே தங்கி உறைந்து போவதை நாங்கள் விரும்பவில்லை. ஒரு மேற்பரப்பில் வெள்ளம் ஏற்படாமலோ அல்லது மேற்பரப்பில் அதிக அளவு திரவத்தை குவிக்கவோ கூடாது என்பதற்காக, தூக்குவது முக்கியம். எனவே நீர்த்துளி இயக்கவியல் மற்றும் வெப்ப பரிமாற்றம் இடைவினையை அறிந்து கொள்ள வேண்டும்.”

References:

• Shang, Y., Bai, B., Hou, Y., Zhong, X., & Sun, L. (2022). Alteration of freezing paradigms of an impact water droplet on different cold surfaces. International Journal of Heat and Mass Transfer, 183, 122177.
• Zheng, S. F., Wu, Z. Y., Liu, G. Q., Yang, Y. R., Sundén, B., & Wang, X. D. (2022). The condensation characteristics of individual droplets during dropwise condensation. International Communications in Heat and Mass Transfer, 131, 105836.
• Jia, W., & Qiu, H. H. (2003). Experimental investigation of droplet dynamics and heat transfer in spray cooling. Experimental Thermal and Fluid Science, 27(7), 829-838.
• Sodtke, C., Ajaev, V. S., & Stephan, P. (2008). Dynamics of volatile liquid droplets on heated surfaces: theory versus experiment. Journal of Fluid Mechanics, 610, 343-362.
• Wen, R., Lan, Z., Peng, B., Xu, W., & Ma, X. (2015). Droplet dynamics and heat transfer for dropwise condensation at lower and ultra-lower pressure. Applied Thermal Engineering, 88, 265-273.