Lepsze ciecze chłodzące do samolotów
Pompy kapilarne (CPL) to dwufazowe układy odprowadzania ciepła. Wykorzystują one napięcie powierzchniowe do wymiany cieczy chłodzącej między parownikiem i kondensatorem. W przeciwieństwie do konwencjonalnych pomp ciepła CPL rozdzielają przepływ cieczy i pary, stąd też są nazywane urządzeniami dwufazowymi. Konwencjonalne ciecze tylko częściowo spełniają wymagania obowiązujące w przemyśle lotniczym i mogą nie być zgodne z normami środowiskowymi. Potrzebna jest zatem nowa ciecz. UE dofinansowała projekt DIPHASICFLUID (Identification of a fluid for two phase capillary pumped cooling systems), aby znaleźć odpowiednie rozwiązanie. Ciecz musi posiadać szereg różnych optymalnych parametrów, takich jak zdolność przewodzenia ciepła, lepkość, gęstość i temperatura robocza. Do wyłonienia takich parametrów idealnie nadają się komputery, a naukowcy posłużyli się inżynierią wsteczną do identyfikacji potencjalnych cząsteczek i mieszanin w oparciu o wcześniej zdefiniowane wymagania w zakresie wydajności. Opracowano matematyczną funkcję wydajności opartą na ważonych współczynnikach odpowiadających docelowym właściwościom, zgodnie z ich znaczeniem. Uwzględnienie skutków parametrów chemicznych każdej z własności funkcji wydajności pozwoliło naukowcom na zidentyfikowanie kilku idealnych kandydatów na ciecz chłodzącą. Następnie zespół przeprowadził oddolne i odgórne poszukiwania nowych kandydatów. Algorytm oddolny skupiał się na materiałach odnawialnych z możliwymi do wykonania szlakami syntezy chemicznej. W narzędziu odgórnym wykorzystano metody szacowania własności w celu zbadania nowych czystych związków i mieszanin. W oparciu o substancje chemiczne zidentyfikowane przy pomocy każdej z metod przygotowano i porównano potencjalne ciecze, co umożliwiło zidentyfikowanie podobnych cząsteczek. Aby zawęzić listę kandydatów, uczeni zaktualizowali funkcję wydajności każdego z nich, doprecyzowując wartości własności poprzez pozyskanie ich z baz danych lub szacowanie metodami pierwszych zasad. Prace eksperymentalne doprowadziły do zidentyfikowania kilku cieczy chłodzących nadających się do samolotowych układów chłodzenia. W mieszaninach tych właściwości jednego związku mogą rekompensować wartości właściwości odbiegające od wartości docelowej innego związku. Udoskonalone, mniej szkodliwe dla środowiska ciecze chłodzące przyczynią się do poprawy zrównoważoności i konkurencyjności unijnego przemysłu lotniczego. Będą miały także istotne znaczenie dla zdrowia i bezpieczeństwa operatorów. Uczestnicy projektu DIPHASICFLUID wykorzystali moc komputerów do efektywnego wyszukiwania cieczy chłodzących o odpowiednich właściwościach.
Słowa kluczowe
Ciecze chłodzące, samolot, odprowadzanie ciepła, pompy kapilarne, DIPHASICFLUID
