Σας προσκαλούμε την Παρασκευή 24/11/2023 στις 11:00 στην παρουσίαση της Διδακτορικής Διατριβής του κ.  ΣΑΡΚΙΡΗ Παναγιώτη του Ιωάννη, Υποψήφιου Διδάκτορα του Τομέα Ρευστών της Σχολής Μηχανολόγων Μηχανικών.

Ο τίτλος της Διδακτορικής Διατριβής είναι: "Κατασκευή και χαρακτηρισμός  περυδρόφοβων επιφανειών σε μέταλλα και πολυμερή για ενεργειακές εφαρμογές"

Η παρουσίαση θα γίνει δια ζώσης στο Αμφιθέατρο Πολυμέσων του κτιρίου της Βιβλιοθήκης ΕΜΠ στην Πολυτεχνειούπολη Ζωγράφου.

Περίληψη Εργασίας:

Μία επιφάνεια χαρακτηρίζεται ως υπερυδρόφοβη όταν η γωνία επαφής της με μία σταγόνα νερού είναι άνω των 150° και η γωνία υστέρησής της είναι μικρότερη των 10°. Η γωνία επαφής εκφράζει την επίδραση της επιφανειακής τάσης ενός υγρού ως προς τις δυνάμεις πρόσδεσης της σταγόνας με την επιφάνεια, ενώ η γωνία υστέρησης αντιπροσωπεύει την ομοιογένεια της επιφάνειας. Για την επίτευξη υπερυδροφοβικότητας είναι απαραίτητη η ύπαρξη κατάλληλης τοπογραφίας, η οποία θα ελαχιστοποιήσει την επαφή της επιφάνειας με την σταγόνα, και η χαμηλή επιφανειακή ενέργεια της επιφάνειας, η οποία θα μειώσει τις δυνάμεις πρόσδεσης της με τη σταγόνα.

Η υπερυδροφοβοποίηση επιφανειών έχει τραβήξει, τα τελευταία χρόνια, την προσοχή της επιστημονικής κοινότητας εξαιτίας της δυνατότητας εφαρμογής τους σε πολλούς βιομηχανικούς και τεχνολογικούς τομείς, και ιδιαιτέρως λόγω των δυνατοτήτων που προσφέρουν ως προς την εξοικονόμηση ενέργειας και τη βελτιστοποίηση υπαρχόντων διεργασιών. Συγκεκριμένα, οι ιδιότητες αποφυγής προσκόλλησης πάγου που προσφέρει η υπερυδροφοβοποίηση πτερυγίων ανεμογεννητριών ή αεροσκαφών έχει ως συνέπεια τη μείωση των ασύμμετρων καταπονήσεων και επομένως των απαιτήσεων συντήρησης τους, ενώ παράλληλα αυξάνει τα διαστήματα λειτουργίας τους. Επίσης η υπερυδροφοβοποίηση του κύτους των πλοίων συμβάλει σε μείωση της αντίστασης κατά την πλεύση, αποφυγή προσκόλλησης άλγης και επομένως μείωση των αναγκών δεξαμενισμού και ταυτόχρονη εξοικονόμηση καυσίμου. Επιπλέον, η υπερυδροφοβοποίηση αγωγών μεταφοράς υγρών έχει ως αποτέλεσμα την ελάττωση της τριβής που αναπτύσσεται μεταξύ υγρού και αγωγού, οπότε και την ελαχιστοποίηση της ενέργειας που απαιτείται για τη μεταφορά τους. Τέλος, η σημαντικότερη συνεισφορά της υπερυδροφοβικότητας στην παγκόσμια εξοικονόμηση ενέργειας και προστασίας του περιβάλλοντος, έγκειται στη βελτίωση της μεταφοράς θερμότητας στους εναλλάκτες και συμπυκνωτές που χρησιμοποιούνται σε εργοστάσια παραγωγής ενέργειας. Η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας συνεισφέρει, περισσότερο από κάθε άλλη δραστηριότητα, στην κατανάλωση καυσίμων, ορυκτών ή πυρηνικών, καθιστώντας ακόμα και μία μικρή βελτίωση της αποδοτικότητας του θερμοδυναμικού κύκλου παραγωγής ισχύος-Rankine, να έχει τεράστιες συνέπειες στην εξοικονόμηση καυσίμου. Ενδεικτικά αναφέρεται ότι η βελτιστοποίηση της αποδοτικότητας της παραγωγής ισχύος ενός λιγνιτικού σταθμού των 900 MW, από 40% σε 40.1% έχει σαν αποτέλεσμα τη μείωση πάνω από 19.000 τόνων ετησίως στην κατανάλωση άνθρακα, κάτι το οποίο μεταφράζεται σε τεράστιο περιβαλλοντικό όφελος. Η βελτιστοποίηση των εγκαταστάσεων παραγωγής ενέργειας μέσω των υπερυδρόφοβων επιφανειών γίνεται μέσω της συμπύκνωσης του ατμού, που έρχεται από τον στρόβιλο, υπό τη μορφή διακριτών σταγόνων πάνω στις επιφάνειες του εναλλάκτη θερμότητας, ο οποίος χρησιμεύει ως συμπυκνωτής στον κύκλο Rankine. Η τυπική συμπύκνωση ατμού πάνω σε μεταλλικές επιφάνειες συμβαίνει υπό τη μορφή φιλμ νερού το οποίο δεσμεύει την επιφάνεια και προσθέτει επιπλέον θερμικές αντιστάσεις κατά τη μεταφορά της θερμότητας που εκλύεται κατά τη συμπύκνωση. Αντίθετα, η μορφή της συμπύκνωσης ως διακριτές σταγόνες υψηλής κινητικότητας αυξάνει τη διαθεσιμότητα του εναλλάκτη για περαιτέρω συμπύκνωση και μειώνει τις θερμικές αντιστάσεις που θέτει η δημιουργία φιλμ νερού ψυχρούς σωλήνες των εναλλακτών. Για την επίτευξη συμπύκνωσης υπό τη μορφή διακριτών σταγόνων πρέπει τα υποστρώματα στα οποία γίνεται συμπύκνωση να έχουν χαμηλή επιφανειακή ενέργεια και μικρή επιφάνεια επαφής με το νερό. Η χαμηλή επιφανειακή ενέργεια εξαναγκάζει το σχήμα της σταγόνα να προσεγγίσει το σφαιρικό, λόγω του ότι οι διαμοριακές δυνάμεις εσωτερικά της σταγόνας υπερνικούν τις δυνάμεις που αναπτύσσονται μεταξύ αυτής και της επιφάνειας. Η ελαχιστοποίηση της επιφάνειας επαφής αυξάνει την κινητικότητά των σταγόνων και επομένως τη συχνότητα αποχώρησής τους από την επιφάνεια.

Στην κατεύθυνση αυτή, στην παρούσα Διδακτορική Διατριβή πραγματοποιείται η κατασκευή και ο χαρακτηρισμός υπερυδρόφοβων επιφανειών σε μεταλλικά υποστρώματα για τη χρήση τους σε εναλλάκτες θερμότητας. Συγκεκριμένα, ο στόχος της εργασίας είναι:

α) η κατασκευή ανθεκτικών σε θερμική ή / και υδρολυτική καταπόνηση υπερυδρόφοβων επιφανειών σε μεταλλικά και πολυμερικά υποστρώματα.

β) η επίτευξη συμπύκνωσης ατμού υπό τη μορφή διακριτών σταγόνων πάνω σε μεταλλικές υπερυδρόφοβες επιφάνειες, προκειμένου να βελτιωθεί η απόδοση της μεταφοράς θερμότητας κατά την αλλαγή φάσης του ατμού.

Για την κατασκευή των υπερυδρόφοβων επιφανειών ακολουθήθηκαν δύο διαφορετικές προσεγγίσεις, οι οποίες βασίζονται στα απαραίτητα κριτήρια επίτευξης υπερυδροφοβικότητας. Η πρώτη προσέγγιση περιλαμβάνει τη δημιουργία ιεραρχικής δόμησης σε μεταλλικά υποστρώματα, και την μετέπειτα μείωση της επιφανειακής τους ενέργειας, ενώ η δεύτερη αφορά την επίστρωση ενός υδρόφοβου υμενίου μεγάλου πάχους και την μετέπειτα δημιουργία κατάλληλης τοπογραφίας πάνω σε αυτό.