Сила отдачи пара «недостаточно изучена и, насколько мне известно, никогда не применялась», — говорит Александр Ярин, заслуженный профессор машиностроения UIC и старший автор исследования, опубликованного в журнале Nature Microgravity.«Во время полетов на Марс или на Луну такое оборудование, как компьютеры, выделяет много тепла», — сказал Ярин. По мере того, как компьютеры и микросхемы становятся меньше и плотнее упаковываются, выделение тепла становится ограничением вычислительной мощности.Инженеры обратили внимание на «кипение в бассейне», то есть охлаждение жидкости до температуры, близкой к температуре кипения жидкости.
При кипении все тепло поглощается при преобразовании жидкости в пар без дальнейшего повышения температуры до тех пор, пока фазовый переход не завершится.Но отсутствие гравитации в космосе создает особую проблему для кипения в бассейне: пузыри не обладают плавучестью.«На Земле пузыри поднимаются, и в них поступает холодный хладагент», — сказал Ярин. «Но в космосе пузырьки не поднимаются. Они остаются на погруженной поверхности и могут сливаться вместе, образуя изолирующий паровой слой, и процесс отвода тепла прерывается.
«Вы можете попробовать механическое перемешивание, но двигатель также выделяет тепло. Вы можете попробовать сильное электрическое поле, но оно также выделяет тепло и создает другие проблемы», — сказал он. Оба метода занимают место и требуют питания.Ярин и его коллеги зажали два тепловыделяющих чипа друг за другом.
Путем переключения напряжения на две микросхемы они смогли заставить устройство раскачиваться вперед и назад через охлаждающую жидкость со скоростью примерно 1 сантиметр в секунду.«Когда одна микросхема работает, она производит пузырьки и создает силу отдачи. Затем другая, и она отталкивается — достаточно, чтобы раскачать чипы в охлаждающей жидкости и избавиться от пузырьков», — сказал Ярин.«Он работает с гравитацией или без нее — в космосе, точно так же, как на Земле».
Исследователи также показали, что сила больше, когда пузыри меньше и больше, что приводит к размаху большей дуги и скорости. Нановолокна из полимера наносились на чипы сверхзвуковым потоком, создавая наноструктуру для увеличения зарождения пузырьков.«Каждый пузырь работает как реактивный двигатель», — сказала Сумит Синха-Рэй, докторант Ярина и соавтор исследования. «Когда пузырь покидает затопленную поверхность, он отодвигает поверхность назад.
Вы этого не видите, потому что пузыри крошечные, а поверхность большая. Но мы организовали пузыри, чтобы чип раскачивался».