Langdurige problemen met warmteoverdracht oplossen |MIT-nieuws

Dit is een vraag die wetenschappers al een eeuw bezighoudt.Maar gesteund door een $ 625.000 US Department of Energy (DoE) Early Career Distinguished Service Award, hoopt Matteo Bucci, assistent-professor bij het Department of Nuclear Science and Engineering (NSE), dichter bij een antwoord te komen.
Of je nu een pan met water verwarmt voor pasta of een kernreactor ontwerpt, één fenomeen - koken - is cruciaal voor beide processen.
“Koken is een zeer efficiënt warmteoverdrachtsmechanisme;dit is hoe een grote hoeveelheid warmte van het oppervlak wordt verwijderd, en daarom wordt het gebruikt in veel toepassingen met hoge vermogensdichtheid, "zei Bucci.Gebruiksvoorbeeld: kernreactor.
Voor niet-ingewijden ziet koken er eenvoudig uit - er worden bellen gevormd die barsten en warmte afvoeren.Maar wat als er zich zoveel bellen vormden en samenvloeiden, waardoor een stoomstreep ontstond die verdere warmteoverdracht verhinderde?Een dergelijk probleem is een bekende entiteit die bekend staat als de kookcrisis.Dit zou leiden tot oververhitting en het falen van de splijtstofstaven in de kernreactor.Daarom is "het begrijpen en identificeren van de omstandigheden waaronder een kookcrisis kan optreden van cruciaal belang voor het ontwikkelen van efficiëntere en kostenconcurrerende kernreactoren", zei Butch.
Vroege geschriften over de sudderende crisis dateren van bijna een eeuw vóór 1926. Hoewel er veel werk is verzet, "is het duidelijk dat we geen antwoord hebben gevonden", zei Bucci.Kokende crises blijven een probleem omdat het, ondanks de overvloed aan modellen, moeilijk is om de relevante verschijnselen te meten om ze te bewijzen of te weerleggen."[Boiling] is een proces dat op zeer, zeer kleine schaal en in een zeer, zeer korte tijd plaatsvindt," zei Bucci."We kunnen het niet bekijken met het detailniveau dat nodig is om te begrijpen wat er werkelijk aan de hand is en om hypothesen te testen."
Maar de afgelopen jaren hebben Bucci en zijn team diagnostiek ontwikkeld die kookgerelateerde verschijnselen kan meten en een broodnodig antwoord kan geven op een klassieke vraag.De diagnose is gebaseerd op infrarood temperatuurmeetmethoden met zichtbaar licht."Door deze twee technologieën te combineren, denk ik dat we klaar zijn om de vragen over warmteoverdracht op de lange termijn te beantwoorden en uit het konijnenhol kunnen klimmen", zei Bucci.Subsidies van het Amerikaanse ministerie van Energie van het Nuclear Power Program zullen deze studie en Bucci's andere onderzoeksinspanningen helpen.
Voor Bucci, die opgroeide in Citta di Castello, een klein stadje in de buurt van Florence, Italië, is het oplossen van puzzels niets nieuws.Butch's moeder was lerares op een basisschool.Zijn vader had een machinewerkplaats die Bucci's wetenschappelijke hobby bevorderde.“Als kind was ik een grote fan van Lego.Het was passie', voegde hij eraan toe.
Hoewel Italië tijdens zijn vormende jaren een ernstige achteruitgang van kernenergie doormaakte, fascineerde het onderwerp Bucci.De kansen op werk in het veld waren onzeker, maar Bucci besloot dieper te graven."Als ik de rest van mijn leven iets moet doen, is het niet zo goed als ik zou willen", grapte hij.Bucci studeerde nucleair ingenieur en postuniversitair aan de Universiteit van Pisa.
Zijn interesse in mechanismen voor warmteoverdracht ontstond tijdens zijn promotieonderzoek, waaraan hij werkte bij de Franse Commissie voor Alternatieve Energie en Atoomenergie (CEA) in Parijs.Daar stelde een collega voor om aan de kokendwatercrisis te werken.Deze keer richtte Bucci zijn zinnen op de NSE van MIT en nam contact op met professor Jacopo Buongiorno om te informeren naar het onderzoek van het instituut.Bucci moest geld inzamelen bij CEA voor onderzoek aan het MIT.Hij arriveerde dagen voor de bomaanslag op de Boston Marathon in 2013 met een retourticket.Maar sindsdien is Bucci daar gebleven, eerst onderzoeker en vervolgens assistent-professor aan de NSE.
Bucci geeft toe dat hij het moeilijk had om zich aan te passen aan zijn omgeving toen hij zich voor het eerst inschreef bij MIT, maar werk en vriendschappen met collega's - hij beschouwt NSE's Guanyu Su en Reza Azizyan als zijn beste vrienden - hielpen vroege twijfels te overwinnen.
Naast kookdiagnostiek werken Bucci en zijn team ook aan manieren om kunstmatige intelligentie te combineren met experimenteel onderzoek.Hij is er vast van overtuigd dat "de integratie van geavanceerde diagnostiek, machine learning en geavanceerde modelleringstools binnen tien jaar vruchten zal afwerpen."
Het team van Bucci ontwikkelt een onafhankelijk laboratorium om experimenten met kokende warmteoverdracht uit te voeren.Aangedreven door machine learning, beslist de setup welke experimenten worden uitgevoerd op basis van de leerdoelen die door het team zijn vastgesteld."We stellen een vraag die de machine zal beantwoorden door het soort experimenten te optimaliseren dat nodig is om die vragen te beantwoorden", zei Bucci."Ik denk echt dat dit de volgende grens is die aan het sudderen is."
"Als je in een boom klimt en de top bereikt, realiseer je je dat de horizon breder en mooier is", zei Butch over zijn enthousiasme voor verder onderzoek op dit gebied.
Zelfs strevend naar nieuwe hoogten, is Bucci niet vergeten waar hij vandaan komt.Ter herdenking van de gastheer van de FIFA Wereldbeker 1990 in Italië, toont een reeks posters het voetbalstadion in het Colosseum, dat een prominente plaats inneemt in zijn huis en kantoor.Deze posters, gemaakt door Alberto Burri, hebben sentimentele waarde: de Italiaanse kunstenaar (inmiddels overleden) kwam ook uit Citta di Castello, de geboorteplaats van Bucci.


Posttijd: 10 aug. 2022