550℃高溫條件 冰也能出現萊頓弗羅斯特效應

你知道如何讓一口普通鍋變身“不粘鍋”嗎?當將其燒得很熱時(shí)，即使鍋中不放油，也能讓食物不粘鍋——這其實(shí)是利用了萊頓弗羅斯特效應。美國研究人員發(fā)現，冰也可以出現萊頓弗羅斯特效應，條件是表面加熱到550℃。這一發(fā)現為工業(yè)應用中的水冷卻設備和過(guò)程提供了更多有趣的可能。相關(guān)論文發(fā)表在21日的《物理評論·流體力學(xué)》上。

當熱源足夠熱時(shí)，水的行為會(huì )發(fā)生巨大變化。弗吉尼亞理工學(xué)院副教授喬納森·博雷科說(shuō)，將水滴在加熱到150℃或以上的鋁板上，它不再沸騰。當液滴接近鋁表面時(shí)，形成的蒸汽被困在液滴下方，形成一個(gè)緩沖墊，防止液體與表面直接接觸。被困的蒸汽使液體懸浮，像空氣曲棍球一樣在加熱的表面周?chē)瑒?dòng)——這種現象被稱(chēng)為萊頓弗羅斯特效應，于18世紀首次被提出。

水能以固體、液體和氣體3種狀態(tài)存在，迄今為止，萊頓弗羅斯特效應是一種兩相現象：蒸發(fā)的液體或升華的固體懸浮在其蒸氣上。

博雷科實(shí)驗發(fā)現，即使鋁加熱到150℃以上，冰也不會(huì )像液體那樣懸浮在蒸氣上。他繼續提高溫度后發(fā)現，懸浮的門(mén)檻要高得多：550℃。在達到這個(gè)門(mén)檻之前，冰下的融水繼續在與表面直接接觸的情況下沸騰，而不會(huì )表現出萊頓弗羅斯特效應。

研究發(fā)現，冰下融水層的溫差導致沸騰時(shí)間延長(cháng)。融水層有兩個(gè)不同的極端：它的底部沸騰，這將溫度固定在大約100℃，但它的頂部附著(zhù)在剩余的冰上，這將它固定在大約0℃。實(shí)驗模型揭示出，保持這種極端溫差消耗了表面的大部分熱量，這解釋了為什么懸浮對冰來(lái)說(shuō)更困難。

對于冰的萊頓弗羅斯特效應來(lái)說(shuō)，550℃的高溫條件非常重要。當加熱時(shí)，冰塊懸浮而非接觸表面，不會(huì )造成熱量蒸發(fā)。

熱傳遞在冷卻計算機服務(wù)器或汽車(chē)發(fā)動(dòng)機方面發(fā)揮巨大作用，在冶金方面也有潛在的應用。例如，為了生產(chǎn)合金，需要對金屬進(jìn)行淬火，使金屬變得更堅固而不脆化。如果用冰，將允許熱量通過(guò)3種水相(固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài))迅速釋放，從而迅速冷卻金屬。(科技日報實(shí)習記者 張佳欣)

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