Yapraktan İlham Alan Yüzey, Don Oluşumunu Önler
Fotoğraf : Yaprakların içbükey damarlarında don oluşmazken dışbükey bölgelerinde don oluşumu gözlemlenir.
Northwestern Üniversitesi araştırmacıları, herhangi bir yüzeydeki don oluşumunu önemli ölçüde azaltmanın yeni bir yolunu keşfettiler. Bu bulgu, buzlanma için gerekli olan enerji miktarını azaltmaya yardımcı olabilir ve potansiyel olarak uçuşların daha az iptal edilmesine neden olabilir.
Ekip, herhangi bir malzemenin yüzeyinin dokusunu değiştirerek don oluşumunu deneysel olarak %60’a kadar azaltmayı başardı. Milimetre ölçekli yüzey yapısı, araştırmacıların doğada gözlemlediği optimize edilmiş, pürüzlü bir tepe ve vadi serisini içerir. Bu yapı ile ekip, teorik olarak don oluşumunun %80’e kadar azaltılabileceğini de gösterdi.
Çalışmayı yöneten Northwestern’den Kyoo-Chul Park,” bu fikir yapraklara bakmaktan geldi ” dedi. “Bir yaprağın dışbükey bölgelerinde daha fazla don oluşumu varken içbükey bölgelerde (damarlar), çok daha az don görüyoruz. Bunu kontrol eden şeyin geometri -malzeme değil- olduğunu bulduk.”
Soğuk iklimlerde yaşayan insanlar dona çok aşinadır. Nemli hava buharı veya yoğuşma, donma sıcaklığının altındaki bir yüzey ile temas ettiğinde oluşur.
Her kış, insanlar arabalarını kazıyarak temizliyorlar ya da bitkilerin dondan kaynaklı olarak ölmesinden endişe ediyorlar. Ama don, bir sıkıntıdan daha fazlasıdır. Uçak kanatlarındaki don, uçuşu tehlikeli veya hatta imkansız hale getirebilir. Ek olarak dondurucular ve buzdolapları içinde biriken don, cihazlardaki enerji verimliliğini büyük ölçüde azaltır.
Fotoğraf : Ken Park ve ekibi 3D, bir akçaağaç yaprağı bastı ve donun içbükey bölgelerde oluşumunu nasıl önlediğini gözlemlemek için soğutucu ile doldurdu. Kredi: Northwestern Üniversitesi
Donma her yerde oluşmaz. Dalgalanan geometriye sahip -yapraklar gibi- nesneler için, tepelerde don gözlemlenir, ancak vadilerde nadiren oluşur.
Park,” insanlar bunu binlerce yıldır fark ettiler ” dedi. “Olağandışı olarak, bu desenlerin formları için hiçbir açıklama yoktu.”
Deneysel çalışma ve hesaplama simülasyonları sayesinde Park ve işbirlikçileri, yoğunlaşmanın zirveler üzerinde arttığını ve dalgalı yüzeylerin vadilerinde bastırılmış olduğunu buldu. Vadilerdeki az miktarda yoğunlaşmış su daha sonra buharlaşır, bu da donsuz bir alana neden olur. Park, su çeken bir yüzey malzemesi kullanıldığında bile, donma noktasının altında olmasına rağmen su vadilerden buharlaştı.
Don oluşumunu önlemek amacıyla Park, en uygun yüzey dokusunu bulmak için bu yeni bilgiyi kullandı. Kazanan yüzey arasında küçük (40-60 derece) açıları ile milimetre boyunda zirveleri ve vadileri kapsar.
Yüzey topografyasının zirvelerinde hala ince bir don çizgisi oluşsa da, önemli ölçüde daha az enerji ile çözülebilir. Ayrıca, kolayca çizilebilen daha düşük buzlanma noktalarına veya yüzey kaplamalarına sahip sıvıların kullanılması ihtiyacının es geçilmesini sağlar.
Park ” buzlanmayan bölge, buz çözme işlemini başlatır ” dedi. “Bu yüzden buzlanma problemlerini çözmek için kullanılan malzemeleri ve enerjiyi azaltacaktır. Tek yapmamız gereken, diğerlerine bu tırtıklı yüzeyleri tasarlamak için ana hatları hazırlamak.”
Kaynak: phys.org
