Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Upały zagrażają dostawom prądu
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Ciekawostki
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Amerykańscy naukowcy wykorzystali druk 3D do stworzenia nowego superstopu, który może pomóc w generowaniu większej ilości energii elektrycznej przy jednoczesnym zmniejszeniu emisji gazów cieplarnianych. Nowy materiał może przydać się też w przemyśle lotniczym, kosmicznym i samochodowym, a jego opracowanie to wskazówka, gdzie należy szukać nowej klasy nadstopów o bardzo pożądanych właściwościach.
Wykazaliśmy, że nasz materiał łączy niedostępne dotychczas cechy jak wysoka wytrzymałość, niska waga oraz odporność na wysokie temperatury, mówi Andrew Kustas z Sandia National Laboratories. Nowy materiał powstał we współpracy z Ames National Laboratory, Iowa State University i Bruker Corp.
Większość używanej energii elektrycznej wytwarzana jest w tradycyjnych elektrowniach wykorzystujących paliwa kopalne, bądź w elektrowniach atomowych. Oba te typy zakładów produkcyjnych wykorzystują ciepło, za pomocą którego obracane są turbiny wytwarzające elektryczność. Jednym z czynników ograniczających wydajność elektrowni jest wytrzymałość turbin na temperaturę.
Jeśli turbina może pracować przy wyższych temperaturach, większa część energii jest przekształcana na elektryczność, a zatem zmniejsza się ilość cepła odpadowego. Mniej energii jest marnowana, zatem cały proces jest bardziej wydajny, a wytworzenie tej samej ilości prądu wiąże się z mniejszą emisją gazów cieplarnianych.
Przeprowadzone w Sandia Labs eksperymenty wykazały, że nowy stop składający się z 42% z aluminium, 25% tytanu, 13% niobu, 8% cyrkonu, 8% molibdenu i 4% tantalu jest w temperaturze 800 stopni Celsjusza znacznie bardziej wytrzymały niż wiele innych stopów, w tym takich, wykorzystywanych do produkcji turbin. Jakby tego było mało, po schłodzeniu do temperatury pokojowej jego wytrzymałość jest nadal większa niż innych stopów.
Materiał taki może przydać się nie tylko w przemyśle produkcji energii. Lekkie wytrzymałe na temperaturę materiały są poszukiwane też przez przemysł lotniczy i samochodowy. Jego powstanie to również krok naprzód w produkcji stopów, gdyż żadna z jego części składowych nie stanowi więcej niż 50% stopu. Dla porównania, stal to około 98% żelaza i nieco węgla. Żelazo i szczypta węgla zmieniły świat. Mamy wiele przykładów udanych połączeń dwóch lub trzech materiałów. Teraz zaczynamy łączyć cztery, pięć i więcej pierwiastków w jeden stop. To interesujące, ale i trudne, wyzwanie z punktu widzenia metalurgii i materiałoznawstwa, stwierdza Kustas.
Teraz naukowcy chcą sprawdzić, czy zaawansowane modele obliczeniowe pomogą w odkryciu nowych superstopów wykazujących tak bardzo pożądane właściwości. To niezwykle złożone mieszaniny. Wszystkie te metale wchodzą w interakcje w skali mikroskopowej, nawet atomowej, i to te interakcje determinują wytrzymałość materiału, jego topliwość, temperaturę topnienia i wiele innych właściwości. Nasze modele już teraz pozwalają na wyliczenie wielu właściwości materiału jeszcze zanim ten materiał powstanie, mówi Michael Chandross, ekspert od modelowania komputerowego w skali atomowej.
Wynalazcy przyznają, że przed nimi jeszcze wiele wyzwań. Po pierwsze, prawdopodobnie trudno będzie wykonywać duże elementy z ich materiału bez pojawiania się mikroskopijnych pęknięć, które standardowo pojawiają się podczas wykorzystywania druku 3D. Po drugie zaś, materiały użyte do produkcji stopu są drogie, zatem prawdopodobnie nowy stop nie trafi do produktów konsumenckich. Jednak mimo tych problemów, jeśli uda się wdrożyć produkcję masową, może to oznaczać olbrzymi postęp, cieszy się Andrew.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Najbardziej zagrożone suszą są rzeki spływające do środkowej Odry i Wisły. Wysychające warstwy gleby spowodują dalsze pustynnienie obszarów na Kujawach, Pomorzu, w Wielkopolsce i na Lubelszczyźnie. To wynik braku opadów i wyższych temperatur – poinformował hydrolog i rzecznik IMGW Grzegorz Walijewski.
Od 2015 r. z krótką przerwą na zeszły rok, mieliśmy do czynienia z permanentną suszą. W tym roku po dosyć wilgotnym lutym, kiedy spadło łącznie 113 proc. normy w całym kraju, wydawało się, że problem suszy może być mniejszy, ale od 25 lutego jest bezwietrza i bezdeszczowa, słoneczna pogoda. W większej części kraju, oprócz Polski południowej, południowo-wschodniej i częściowo wschodniej, nie było deszczu. Dodatkowo stosunkowo wysokie temperatury w dzień powodowały większe parowanie, co spowodowało, że sytuacja staje się z dnia na dzień coraz gorsza – powiedział Walijewski.
W ocenie hydrologa już mamy do czynienia z pierwszymi symptomami suszy meteorologicznej. O zjawisku tym mówimy wówczas, kiedy przez przynajmniej 20 dni występuje brak opadów, bądź jest ich niedobór – wyjaśnił.
To przekłada się na coraz mniejszą wilgotność gleby. We wschodnich województwach – w lubelskim, częściowo podkarpackim, ale także w centrum, czyli w woj. mazowieckim, oraz na zachodzie lubuskiego, Wielkopolski i zachodniopomorskiego, w wierzchniej warstwie gleby (do 7 cm) wilgotność spada poniżej 45 proc. To pierwsza oznaka problemów dla rolników, bo przesusza się wierzchnia warstwa gleby – wskazał Walijewski.
We wschodniej części kraju, w głębszej warstwie gleby (od 8 do 28 cm) wilgotność jest poniżej 50-45 proc. Sytuacja się pogorszy, bo w następnych dniach wyż sprawi, że niedobór opadów będzie przynajmniej do 24 marca. Później ok. 25-26 marca mogą pojawić się niewielkie deszcze, jednak nie zmieni to faktu, że marzec będzie w całym kraju z opadami poniżej normy – oznajmił.
Obecnie stan wód na rzekach osiąga przeważnie poziom średni, ale pojawia się coraz więcej rzek z niskim poziomem. Do tego brak wody z topniejących śniegów sprawia, że przed nami tendencja spadkowa – dodał.
Najbardziej zagrożone suszą są rzeki na Niżu Polskim i dorzecza Odry, szczególnie zlewnia Warty i środkowej Odry, a także wszystkie rzeki, które spływają do środkowej Wisły.
Wody w Polsce będzie coraz mniej. Są takie prognozy, że do 2040 r. w niektórych miejscach naszego dostępność wody pitnej może się zmniejszyć nawet o ok. 30 proc. – powiedział rzecznik IMGW.
Zwrócił uwagę, że w centralnej części kraju, np. w Płocku roczny niedobór opadów notowany jest od 2010 r. Co roku było mniej opadów i w sumie ich deficyt wynosi ok. 600 mm. To tak, jakby przez cały rok w ogóle nie padało – wyjaśnił.
W innych rejonach Polski, na Kujawach, Pomorzu, w Wielkopolsce, na Lubelszczyźnie, a nawet w niektórych miejscach na Mazurach są również są niedobory wody. Te obszary pustynnieją. W ostatnich 4–5 latach coraz częściej obserwowane są burze pyłowe. Dwa lata temu w Lubelskiem czarnoziemy zostały bardzo mocno przesuszone, a następnie silny wiatr spowodował burze piaskowe. Unoszący się pył było widać wyraźnie nawet na zdjęciach satelitarnych – powiedział Walijewski. Podkreślił, że to zjawisko będzie się pogłębiało.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Po 266 latach udało się pokonać zjawisko Leidenfrosta, dzięki czemu naukowcy z City University of Hong Kong mogli pochwalić się stworzeniem efektywnego systemu chłodzenia cieczą, który sprawdza się w temperaturach nawet powyżej 1000 stopni Celsjusza. System taki można będzie zastosować w silnikach lotniczych, rakietowych oraz poprawić dzięki niemu stabilność i bezpieczeństwo pracy reaktorów atomowych przyszłej generacji.
Zjawisko Leidenfrosta od wieków fascynuje naukowców, a niedawno informowaliśmy o odkryciu jego nowej odmiany. Zjawisko to zostało odkryte w 1756 roku. Powoduje ono, że krople cieczy spadając na bardzo gorącą powierzchnię nie odparowują od razu, ale poruszają się, lewitując nad nimi. Ich odparowanie może potrwać dłuższa chwilę. Pomiędzy kroplą a powierzchnią tworzy się bowiem warstwa pary, która znacząco obniża transfer energii z powierzchni. Przez to chłodzenie cieczą bardzo gorących powierzchni jest nieefektywne. Przez ponad 200 lat nie potrafiono poradzić sobie z tym problemem.
Naukowcy z Hongkongu stworzyli powierzchnię o zróżnicowanej teksturze, której główne elementy mają różne właściwości termiczne i geometryczne. Nowatorska struktura złożona jest z trzech zasadniczych elementów. Pierwszy z nich to wystające ponad powierzchnię miniaturowe filary służące do transferu energii. Drugi, to termiczna warstwa izolująca umieszczona pomiędzy filarami, której zadaniem jest zassanie i odparowanie cieczy. Zaś element trzeci, to znajdujące się pod warstwą izolującą mikrokanaliki w kształcie litery U, służące do odprowadzenia pary. Eksperymenty wykazały, że taka architektura zapobiega powstawaniu zjawiska Leidenfrosta nawet w temperaturach dochodzących do 1150 stopni Celsjusza i pozwala na efektywne kontrolowane chłodzenie cieczą w zakresie od 100 do ponad 1150 stopni.
Nasze multidyscyplinarne badania to prawdziwy przełom w nauce i inżynierii. Połączyliśmy tutaj naukę o powierzchniach, hydro- i aerodynamice, chłodzeniu, nauki materiałowe, fizykę, wiedzę z dziedziny energii i inżynierii. Poszukiwanie nowych strategii w dziedzinie chłodzenia cieczami to ważny obszar badawczy inżynierii materiałowej od 1756 roku. Udało nam się pozbyć zjawiska Leidenfrosta. W ten sposób dokonaliśmy zmiany paradygmatów dotyczących możliwości chłodzenia cieczą w bardzo wysokich temperaturach. Dotychczas nikomu nie udało się tego osiągnąć, cieszy się profesor Wang Zunkai.
Uczony wyjaśnia, że pojawianie się zjawiska Leidenfrota powoduje, że tam, gdzie mamy do czynienia z bardzo wysokimi temperaturami wykorzystujemy chłodzenie powietrzem, zamiast potencjalnie bardziej efektywnego chłodzenia cieczą. Ma to miejsce szczególnie w silnikach samolotowych, rakietowych i reaktorach jądrowych. Dodaje, że nowatorską strukturę można produkować w formie elastycznej okładziny do mocowania na elementach, które mają być chłodzone. To szczególnie ważne tam, gdzie bezpośrednie stworzenie takiej struktury na etapie produkcji urządzenia byłoby trudne.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Opracowany w Belgii nowy materiał do produkcji ubrań może nas ogrzewać lub chłodzić, wszystko zależy od tego, którą stroną go włożymy. Symulacje przeprowadzone przez Muluneha Abebe i jego kolegów z belgijskiego Uniwersytetu w Mons wykazały, że ubrania z tego materiału zapewniają komfort termiczny w temperaturach różniących się nawet o 13 stopni.
Gdy znajdujemy się na zewnątrz około połowy ciepła tracimy przez zjawiska przewodnictwa i konwekcji. Ogrzewać możemy się nakładając kolejne warstwy ubrań. Jednak drugą część ciepła tracimy przez promieniowanie podczerwone, zarówno ze skóry jak i powierzchni okrywających nas ubrań. W tym wypadku możemy bronić się przed utratą ciepła blokując promieniowanie podczerwone, lub też chłodzić się – zwiększając je.
Już podczas wcześniejszych badań belgijscy naukowcy wykazali, że niektóre materiały mogą efektywnie absorbować promieniowanie podczerwone z powierzchni naszej skóry, a następnie efektywnie je uwalnia do otoczenia. W ten sposób ułatwiają nam chłodzenie się.
Dotychczas jednak tego typu materiały zawierały nieprzepuszczalne membrany, które więziły powietrze i wilgoć, więc ich noszenie byłoby niekomfortowe. Abebe i jego zespół zaprezentowali teoretyczny model materiału o grubości 20 mikrometrów, który składa się z dwóch różnych warstw. Jednej wytworzonej z włókien dielektrycznych, drugiej z włókien metalicznych. Włókna dielektryczne emitują duże ilości promieniowania podczerwonego, zaś włókna metaliczne charakteryzuje niska emisja.
Po stworzeniu takiego modelu naukowcy obliczyli jego właściwości transmisji promieniowania podczerwonego, jego odbijania i absorpcji. Z obliczeń wynika, że jeśli materiał dotykałby skóry, zapobiegałby ucieczce ciepła i odczuwalibyśmy komfortowe ciepło w temperaturze nawet 11 stopni Celsjusza. Z kolei po odwróceniu na drugą stronę efektywnie by nas chłodził w temperaturze dochodzącej do 24 stopni Celsjusza.
Nowy materiał byłby elastyczny i wygodny w używaniu, a przestrzenie między włóknami umożliwiałyby ucieczkę wilgoci. Abebe przyznaje, że ze względu na wysokie koszty wytworzenia takiego materiału, na pewno nie pojawi się on na rynku w najbliższym czasie. Jednak uczeni mają nadzieję, że ich badania zainspirują kolejne grupy naukowe i w końcu pojawią się wygodne tanie ubrania o właściwościach chłodzących i ogrzewających.
Materiał został opisany na łamach Physical Review Applied.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Nowy półprzewodnik, arsenek boru (BAs), ma wysoką przewodność cieplną i może być zintegrowany ze współczesnymi chipami, by odprowadzić z nich ciepło i poprawić tym samym ich wydajność. Materiał ten lepiej rozprasza ciepło niż najlepsze dostępnie obecne systemy do chłodzenia podzespołów komputerowych – twierdzą twórcy arsenku boru.
Coraz większa miniaturyzacja, możliwość umieszczenia na tej samej powierzchni coraz większej liczby tranzystorów, oznacza, że procesory są coraz szybsze. Pojawiają się jednak problemy z odprowadzaniem ciepła, szczególnie w postaci lokalnych punktów znacznie wyższej temperatury. Ciepło to negatywnie wpływa na wydajność układów.
Yongjie Hu z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles stworzył niedawno wolny od wad arsenek boru. To materiał, który rozprasza ciepło znacznie lepiej niż inne metale i półprzewodniki, jak diament czy węglik krzemu. Hu i jego koledzy wykazali też, że można go zintegrować z układami scalonymi zawierającymi tranzystory z azotku galu. Następnie przeprowadzili badania, które wykazały, że w układzie scalonym ze zintegrowanym arsenkiem boru, pracującym z niemal maksymalną wydajnością, temperatura najcieplejszych punktów jest znacznie niższa niż w układach chłodzone za pomocą innych materiałów.
W czasie eksperymentów punktowa temperatura układów scalonych z arsenkiem boru wzrosła od temperatury pokojowej do nieco poniżej 87 stopni Celsjusza, podczas gdy chłodzonych diamentem wyniosła niemal 137 stopni, a chłodzonych węglikiem krzemu – zbliżyła się do 167 stopni Celsjusza.
Wykazaliśmy, że możemy przetwarzać strukturę BAs i integrować ją z chipem o wysokiej mobilności elektronów. To bardzo obiecujące rozwiązanie dla wysoko wydajnej elektroniki, mówi Hu.
Dodatkową zaletą arsenku boru jest jego bardzo niski opór cieplny na styku z innym materiałem. To zaś oznacza, że transport ciepła odbywa się szybciej niż w przypadku konkurencyjnych rozwiązań. To tak, jakby ciepło mogło przeskoczyć przez przeszkodę, jaką stanowi styk dwóch materiałów, w porównaniu z innymi rozwiązaniami, gdzie zwalnia, by ostrożnie przeszkodę przekroczyć, wyjaśnia Hu.
Naukowcy, zachęceni wynikami swoich eksperymentów, planują teraz zintegrować swój materiał z różnymi rodzajami obwodów i chipami o różnej architekturze.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.