Løse langvarige varmeoverføringsproblemer |MIT Nyheter

Dette er et spørsmål som har forundret forskere i et århundre.Men, drevet av en pris på $625 000 US Department of Energy (DoE) Early Career Distinguished Service Award, håper Matteo Bucci, assisterende professor ved Institutt for kjernefysisk vitenskap og ingeniørvitenskap (NSE), å komme nærmere et svar.
Enten du varmer opp en gryte med vann til pasta eller designer en atomreaktor, er ett fenomen – koking – avgjørende for effektivt begge prosessene.
«Koking er en veldig effektiv varmeoverføringsmekanisme;dette er hvordan en stor mengde varme fjernes fra overflaten, og det er grunnen til at den brukes i mange applikasjoner med høy effekttetthet,” sa Bucci.Brukseksempel: atomreaktor.
For de uinnvidde ser kokingen enkelt ut – det dannes bobler som sprekker og fjerner varmen.Men hva om så mange bobler dannes og smelter sammen, og skaper en dampstripe som forhindret ytterligere varmeoverføring?Et slikt problem er en velkjent enhet kjent som den kokende krisen.Dette ville føre til termisk løping og svikt i brenselstavene i atomreaktoren.Derfor, "å forstå og identifisere forholdene under hvilke en kokende krise kan oppstå er avgjørende for å utvikle mer effektive og kostnadskonkurransedyktige atomreaktorer," sa Butch.
Tidlige skrifter om den ulmende krisen går tilbake nesten et århundre før 1926. Selv om mye arbeid har blitt gjort, "er det tydelig at vi ikke har funnet et svar," sa Bucci.Kokekriser er fortsatt et problem fordi, til tross for overfloden av modeller, er det vanskelig å måle de relevante fenomenene for å bevise eller motbevise dem."[Koking] er en prosess som skjer i veldig, veldig liten skala og over en veldig, veldig kort periode," sa Bucci."Vi kan ikke se det med detaljnivået som trengs for å forstå hva som egentlig skjer og teste hypoteser."
Men i løpet av de siste årene har Bucci og teamet hans utviklet diagnostikk som kan måle kokingsrelaterte fenomener og gi et sårt tiltrengt svar på et klassisk spørsmål.Diagnose er basert på infrarøde temperaturmålingsmetoder ved bruk av synlig lys."Ved å kombinere disse to teknologiene, tror jeg vi vil være klare til å svare på de langsiktige spørsmålene om varmeoverføring og være i stand til å klatre ut av kaninhullet," sa Bucci.US Department of Energy-stipend fra Nuclear Power Program vil hjelpe denne studien og Buccis andre forskningsinnsats.
For Bucci, som vokste opp i Citta di Castello, en liten by nær Firenze, Italia, er det ikke noe nytt å løse gåter.Butchs mor var barneskolelærer.Faren hans hadde et maskinverksted som fremmet Buccis vitenskapelige hobby.«Jeg var en stor fan av Lego som barn.Det var lidenskap, la han til.
Selv om Italia opplevde en alvorlig nedgang i atomkraft i løpet av de formative årene, fascinerte emnet Bucci.Jobbmuligheter i feltet var usikre, men Bucci bestemte seg for å grave dypere."Hvis jeg må gjøre noe resten av livet, er det ikke så bra som jeg skulle ønske," spøkte han.Bucci studerte kjernefysisk ingeniørstudier undergraduate and postgraduate studies ved University of Pisa.
Hans interesse for varmeoverføringsmekanismer var forankret i doktorgradsforskningen hans, som han jobbet med ved den franske kommisjonen for alternativ energi og atomenergi (CEA) i Paris.Der foreslo en kollega å jobbe med kokevannskrisen.Denne gangen rettet Bucci blikket mot MITs NSE og tok kontakt med professor Jacopo Buongiorno for å forhøre seg om instituttets forskning.Bucci måtte skaffe midler ved CEA for forskning ved MIT.Han ankom med en tur-retur-billett dager før bombingen i Boston Marathon i 2013.Men siden den gang har Bucci blitt der, blitt forsker og deretter adjunkt ved NSE.
Bucci innrømmer at han hadde vanskelig for å tilpasse seg miljøet sitt da han først meldte seg inn ved MIT, men arbeid og vennskap med kolleger - han anser NSEs Guanyu Su og Reza Azizyan for å være hans beste venner - bidro til å overvinne tidlige bekymringer.
I tillegg til kokediagnostikk, jobber Bucci og teamet hans også med måter å kombinere kunstig intelligens med eksperimentell forskning.Han er overbevist om at "integreringen av avansert diagnostikk, maskinlæring og avanserte modelleringsverktøy vil bære frukt innen et tiår."
Buccis team utvikler et selvstendig laboratorium for å utføre eksperimenter med kokende varmeoverføring.Drevet av maskinlæring bestemmer oppsettet hvilke eksperimenter som skal kjøres basert på læringsmålene satt av teamet."Vi stiller et spørsmål som maskinen vil svare på ved å optimalisere typene eksperimenter som trengs for å svare på disse spørsmålene," sa Bucci."Jeg tror ærlig talt at dette er den neste grensen som ulmer."
"Når du klatrer i et tre og kommer til toppen, skjønner du at horisonten er bredere og vakrere," sa Butch om sin entusiasme for videre forskning på dette området.
Selv når han strever etter nye høyder, har Bucci ikke glemt hvor han kommer fra.For å minnes Italias vertskap for verdensmesterskapet i FIFA i 1990, viser en serie plakater fotballstadionet inne i Colosseum, med en stolt plass i hans hjem og kontor.Disse plakatene, skapt av Alberto Burri, har sentimental verdi: Den italienske kunstneren (nå avdød) var også fra Buccis hjemby, Citta di Castello.


Innleggstid: 10. august 2022