„Zasada rurę w rurze”: badacze z Kaiserslautern optymalizują zachowanie zwilżania i poślizgu rurociągów

Przez wąskie rury, na przykład w urządzeniach produkcyjnych, ciecz powinna swobodnie przepływać. Zazwyczaj osiąga się to poprzez nałożone powłoki. Zespół badawczy na Politechnice w Kaiserslautern (TUK) myśli teraz na nowo o zachowaniu przepływu: punktem wyjścia jest dodatkowa, wewnętrzna rura z funkcjonalną powierzchnią, która nie tylko optymalizuje zachowanie zwilżania i poślizgu zgodnie z efektem lotosu, ale także stabilizuje wbudowane w nią wloty powietrza. Za pomocą technologii laserowej struktury te można przenieść na praktyczne rurociągi. Niemiecka Fundacja Badawcza (DFG) wspiera ten projekt kwotą około 740 000 euro.

Dwa działy na TUK i instytut w Kaiserslautern łączą swoje kompetencje dla projektu „Zachowanie zwilżania i transportu substratowego i bezsubstratowego na poziomych i zakrzywionych strukturach hierarchicznych”: młodszy profesor Clarissa Schönecker (dziedzina mikrofluidyki), prof. dr Egbert Oesterschulze (dziedzina fizyki i technologii nanostruktur) oraz dr nauk prywatnych Johannes L’huillier (Centrum Fotoniczne Kaiserslautern e.V.).

„W przeciwieństwie do konwencjonalnej rury, poprzez wprowadzenie dodatkowej perforowanej rury wewnętrznej, można celowo wpływać na przepływ w rurze, aby zmniejszyć opór tarcia,” wyjaśnia Oesterschulze. „W tym celu na perforowanych miejscach będzie wchodzić w interakcję drugi medium z medium znajdującym się w rurze wewnętrznej i oddziaływać na jego zachowanie zwilżania i przepływu. Nowy stan zwilżania wywodzi się z tzw. stanu Cassie-Baxtera znanego z literatury i będzie rozwijany w ramach interdyscyplinarnego projektu badawczego do „bezsubstratowego stanu Cassie-Baxtera”. „Dodatkowo chcemy celowo wpływać na zwilżanie wewnętrznej rury poprzez hierarchiczną strukturę powierzchni, czyli połączenie struktur nano- i mikro-,” dodaje fizyk.

Zespół Oesterschulze bada te procesy zwilżania i przepływu na mikrotechnicznie i bardzo precyzyjnie wykonanych strukturach z krzemu.

W tym zakresie otrzymuje wsparcie z dziedziny inżynierii mechanicznej i technologii procesów: „Patrzę na opracowane struktury z punktu widzenia techniki przepływu i poprzez obliczenia dynamiki płynów daję impulsy, jak można zrealizować pożądane funkcje, takie jak chropowatość czy zwilżalność,” uzupełnia Schönecker. „Ostatecznie powstają powierzchnie, które są lepiej zastosowalne i bardziej stabilne. Myślę tutaj ogólnie o perspektywach zastosowania, gdy ciecz jest pompowana pod ciśnieniem lub obciążeniem przez cienkie rury – na przykład w procesach technologicznych lub w mikrosystemach,” dodaje Schönecker.

Aby przetestować oczekiwaną praktyczną użyteczność, w projekt zaangażowane jest Centrum Fotoniczne. „Za pomocą wysoce precyzyjnej obróbki laserowej możemy przenieść hierarchiczne struktury powierzchni na konwencjonalne rury metalowe,” mówi L’huillier. „Inaczej mówiąc, wszyscy razem dostarczamy projekt i niezbędne podstawy badawcze dla naszego elementu funkcjonalizowanego pod kątem zachowania przepływu i już budujemy most do zastosowania.”

Odpowiedz na pytania:

Jun.-Prof. Clarissa Schönecker
Tel.: 0631 205-5971
Email: schoenecker@mv.uni-kl.de

Prof. dr Egbert Oesterschulze
Tel.: 0631 205-2680
E-mail: oester@rhrk.uni-kl.de

Dr nauk prywatnych Johannes L’huillier
Tel.: 0631 415 575 - 12
E-mail: johannes.lhuillier@pzkl.de