城大研「結構熱裝甲」 增核反應堆安全

2022-01-28 00:00
王鑽開(前左二)帶領研究團隊,成功研發能克服萊頓弗羅斯特效應的多層級複合結構熱裝甲。
王鑽開(前左二)帶領研究團隊,成功研發能克服萊頓弗羅斯特效應的多層級複合結構熱裝甲。

(星島日報報道)核能的安全性和穩定性一直引起全球關注,除了核燃料的不穩定性,機組亦容易因過熱而故障,影響供電。由城市大學學者帶領的跨院校研究團隊,成功研發一種多層級複合結構熱裝甲,能將液體冷卻應用溫度提升至攝氏一千度以上,解決了物理學界超過二百五十年來未嘗克服的萊頓弗羅斯特效應,日後有望應用於航空和航天引擎。

萊頓弗羅斯特效應是指,當液體滴落溫度遠高於其沸點的表面時,該表面與液體之間會產生蒸氣層,阻隔兩者的接觸,導致液體有機會失去冷卻功能。由城大機械工程學系教授王鑽開、法國巴黎文理研究大學教授David Quéré,以及吉林大學未來科學國際合作聯合實驗室主任于吉紅共同領導的團隊,成功研發具有熱異相性及多層級拓撲結構的多層級複合結構熱裝甲,能在攝氏一千一百五十度的極端高溫下,仍然維持液體的冷卻功能,成功抑制萊頓弗羅斯特效應。

裝甲的結構在攝氏一百至一千一百五十度的情況下,均具有高效和可控的冷卻性能。王鑽開表示,目前受制於萊頓弗羅斯特效應,航空和航天引擎,以及核反應堆大多以氣體作冷卻劑,效能較低。新的結構熱裝甲解決此問題後,將能提升新一代核反應堆的安全和可靠度。他又指,結構熱裝甲使用靈活,可以製成柔性器件,並穩固地安裝在不同形狀的表面。

王鑽開形容,結構熱裝甲是結合表面界科學、流體動力學等多個領域的創新研發。研發打破固有的傳熱設計思想和結構體系,是史無前例的成果。研究結果已於最新一期學術期刊《自然》發表。
 

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