麻省理工学院沸腾研究将提高核反应堆安全性和太空推进力

该研究揭示了对古老工艺的新见解，旨在提高各个工业系统的传热效率。

麻省理工学院的研究人员通过探索沸腾在能源、冷却等领域的作用，揭示了沸腾的隐藏威力，有望在效率和安全性方面取得突破。

麻省理工学院副教授 Matteo Bucci 强调，了解沸腾物理可以推动能源效率、电子冷却、海水淡化、医疗诊断等领域的突破。

Bucci的实验室创造了创新技术来揭示几十年来阻碍能源进步的沸腾和传热现象。

“沸腾对于核能以外的应用也很重要。80% 的发电厂都使用沸腾。我的研究对太空推进、能源存储、电子产品以及越来越重要的冷却计算机任务都有影响，”Bucci 在一份声明中表示。

推进传热

虽然沸水看起来简单，但了解其物理原理却花了十年时间，而且充满了困难和启示。这种看似简单的现象是许多重要工业过程的基础，但在核反应堆等复杂系统中进行研究却极具挑战性。

为了研究长期受限制的能源发展的沸腾和传热现象，Bucci 的研究实验室创造了新颖的实验方法。解决沸腾危机(快速发展的气泡产生阻碍传热的蒸汽层的情况)是主要优先事项之一。

在研究中，他们确定了沸腾危机的统一标准，解释了气泡在表面附近的相互作用。该标准基于三个关键因素——成核点密度、平均气泡尺寸以及平均气泡生长时间和分离频率的乘积——有助于预测沸腾何时变得低效。

实验证实了其适用于各种表面类型、沸腾条件和水和液氮等流体。了解这一标准有助于设计可提高沸腾性能并防止沸腾危机的表面。

研究人员表示，这些进步使得快速收集大量实验数据成为可能，从而开发出一种简单的沸腾危机模型。

“核反应堆包层表面沸腾过程的有效性决定了反应堆的效率和安全性。这就像一辆你想加速的汽车，但它有一个上限，”布奇在一份声明中说。

“对于核反应堆来说，上限是由沸腾传热决定的，所以我们有兴趣了解这个上限是什么，以及如何克服它以提高反应堆性能，”他补充道。

人工智能推动创新

两相浸没式冷却也是一个主要的研究课题，其中来自服务器组件的热量使液体沸腾，蒸汽在热交换器上凝结以维持被动冷却循环。

通过最大限度地减少能源浪费，这种方法降低了数据中心的碳排放和电力消耗，目前这些排放量和电力消耗与航空业相当。到 2040 年，数据中心可能占全球排放量的 10% 以上;因此，这一领域的进步至关重要。

为了进一步发展热科学，人工智能 (AI) 也被纳入其中。最近一个致力于该领域机器学习的多所大学研究项目展示了它的潜力。

正在建立新的以人工智能为重点的平台，以促进计算机科学家和热科学家之间的合作，实现快速创新。

据研究人员介绍，人工智能还被用于处理来自先进诊断技术的大量实验数据，以及对仍难以直接研究的复杂现象进行建模，从而突破了热科学研究的界限。

“人工智能可能会让我们有机会了解无法观察到的事物，或者至少在我们试图找到许多问题的根源时在黑暗中指引我们，”布奇说。