Lorsque les chercheurs de l'Université du Texas à Dallas ont testé une nouvelle surface qu'ils ont conçue pour collecter et éliminer rapidement les condensats, les résultats les ont surpris. La conception des ingénieurs en mécanique a collecté plus de condensats, ou liquide formé par condensation, qu'ils ne l'avaient prédit sur la base d'un modèle de physique classique.
La découverte a révélé une limitation du modèle existant et a inspiré les chercheurs à développer une nouvelle théorie pour expliquer le phénomène, qu'ils décrivent dans un article publié en ligne le 13 mars dans la revue Newton.
La théorie est essentielle aux travaux des chercheurs pour développer des surfaces innovantes pour des applications telles que la récolte de l'eau sans électricité.
« Cette nouvelle théorie peut nous aider à de meilleures surfaces de conception qui condensent l'eau ou d'autres liquides », a déclaré le Dr Xianming (Simon) Dai, l'auteur correspondant de l'étude et professeur agrégé d'ingénierie mécanique à l'École d'ingénierie et d'informatique d'Erik Jonsson.
DAI développe des surfaces pour une gamme d'applications, notamment la récolte et la réfrigération de l'eau. Son objectif est de développer une surface qui recueille et élimine rapidement les gouttelettes condensées dans un processus continu.
La nouvelle théorie des chercheurs traite des gouttelettes de roulement ou de petites gouttelettes qui déploient une surface pendant la condensation goutte à goutte, un processus dans lequel la vapeur se condense sur une surface et forme de minuscules gouttelettes liquides. La condensation dropwise est favorable aux surfaces qui visent à perdre rapidement des condensats car les gouttes roulaient et dégagent la surface plus rapidement, faisant de la place pour la surface pour collecter plus de condensats.
Deepak Monga Ph.D.'24, un chercheur dans le laboratoire de DAI, a remarqué qu'une nouvelle surface sur laquelle il travaillait contenait des zones qui ne montraient pas de gouttelettes visibles. En effet, la théorie conventionnelle ne considère pas la condensation dans ces domaines.
Après une enquête plus approfondie, les chercheurs ont découvert que les domaines avaient en fait contribué à la condensation, contre la prédiction de la théorie du demi-siècle. Les gouttelettes étaient si tôt dans le processus de formation qu'elles sont invisibles. La théorie classique ne considérait pas la vitesse à laquelle la nouvelle surface pouvait collecter et perdre ces condensats.
« Tout est question de vitesse. La théorie classique du transfert de chaleur ne tient pas compte de la vitesse élevée à laquelle notre nouvelle surface supprime les condensats », a déclaré Monga, l'auteur principal du journal. « Dans le nouveau modèle, nous avons inclus la fréquence de disparition pour accueillir le roulement à grande vitesse. »
Le Dr Yaqing Jin, professeur adjoint de génie mécanique, a conduit les expériences à mesurer et à visualiser l'activité des minuscules gouttelettes d'eau en intégrant un système de vélocimétrie d'image de particules résolus dans le temps avec un microscope à longue distance, qui enregistre l'écoulement et les mouvements des particules microscopiques à l'intérieur d'une petite gouttelette.
« Le système a une résolution très élevée, qui vous permet de voir la vitesse d'écoulement et la distribution d'une petite gouttelette, afin que nous puissions comprendre comment cette petite gouttelette roule ou glisse sur une surface », a déclaré Jin.
Monga a utilisé la nouvelle théorie pour concevoir une surface qu'il a présentée à la conférence de transfert de chaleur d'été de l'American Society of Mechanical Engineers et a remporté un prix de la meilleure présentation.
