Rezolvarea problemelor îndelungate de transfer de căldură |Știri MIT

Aceasta este o întrebare care ia nedumerit pe oamenii de știință timp de un secol.Dar, susținut de un premiu pentru servicii distinse în carieră timpurie a Departamentului de Energie al SUA (DoE), Matteo Bucci, profesor asistent la Departamentul de Știință și Inginerie Nucleară (NSE), speră să se apropie de un răspuns.
Indiferent dacă încălziți o oală cu apă pentru paste sau proiectați un reactor nuclear, un fenomen - fierberea - este esențial pentru ambele procese în mod eficient.
„Fierberea este un mecanism de transfer de căldură foarte eficient;așa se elimină o cantitate mare de căldură de la suprafață, motiv pentru care este folosită în multe aplicații cu densitate mare de putere”, a spus Bucci.Exemplu de utilizare: reactor nuclear.
Pentru cei neinițiați, fierberea pare simplă – se formează bule care izbucnesc, eliminând căldura.Dar ce se întâmplă dacă s-ar forma și s-au unit atât de multe bule, creând o dâră de abur care a împiedicat transferul suplimentar de căldură?O astfel de problemă este o entitate binecunoscută cunoscută sub numele de criza de fierbere.Acest lucru ar duce la evadarea termică și la defecțiunea barelor de combustibil din reactorul nuclear.Prin urmare, „înțelegerea și identificarea condițiilor în care poate apărea o criză de fierbere este esențială pentru dezvoltarea reactoarelor nucleare mai eficiente și mai competitive din punct de vedere al costurilor”, a spus Butch.
Primele scrieri despre criza aflată la foc mic datează cu aproape un secol înainte de 1926. Deși s-a făcut multă muncă, „este clar că nu am găsit un răspuns”, a spus Bucci.Crizele de fierbere rămân o problemă deoarece, în ciuda abundenței de modele, este dificil de măsurat fenomenele relevante pentru a le dovedi sau infirma.„[Fierberea] este un proces care are loc la scară foarte, foarte mică și într-o perioadă foarte, foarte scurtă de timp”, a spus Bucci.„Nu îl putem urmări cu nivelul de detaliu necesar pentru a înțelege ce se întâmplă cu adevărat și pentru a testa ipoteze.”
Dar în ultimii ani, Bucci și echipa sa au dezvoltat diagnostice care pot măsura fenomenele legate de fierbere și pot oferi un răspuns atât de necesar la o întrebare clasică.Diagnosticul se bazează pe metode de măsurare a temperaturii în infraroșu folosind lumina vizibilă.„Combinând aceste două tehnologii, cred că vom fi pregătiți să răspundem la întrebările pe termen lung despre transferul de căldură și să putem să ieșim din gaura iepurelui”, a spus Bucci.Granturile Departamentului de Energie din SUA din Programul de energie nucleară vor ajuta acest studiu și alte eforturi de cercetare ale lui Bucci.
Pentru Bucci, care a crescut în Citta di Castello, un orășel de lângă Florența, Italia, rezolvarea puzzle-urilor nu este nimic nou.Mama lui Butch era profesoară de școală elementară.Tatăl său avea un atelier de mașini care promova hobby-ul științific al lui Bucci.„Eram un mare fan Lego când eram copil.A fost pasiune”, a adăugat el.
Deși Italia a cunoscut un declin sever al energiei nucleare în anii săi de formare, subiectul l-a fascinat pe Bucci.Oportunitățile de angajare în domeniu erau incerte, dar Bucci a decis să sape mai adânc.„Dacă trebuie să fac ceva pentru tot restul vieții, nu este atât de bun pe cât mi-aș dori”, a glumit el.Bucci a studiat inginerie nucleară la licență și studii postuniversitare la Universitatea din Pisa.
Interesul său pentru mecanismele de transfer de căldură își are rădăcinile în cercetarea sa de doctorat, la care a lucrat la Comisia franceză pentru energie alternativă și energie atomică (CEA) din Paris.Acolo, un coleg a sugerat să lucrăm la criza apei clocotite.De această dată, Bucci și-a pus ochii pe NSE al MIT și l-a contactat pe profesorul Jacopo Buongiorno pentru a se întreba despre cercetările institutului.Bucci a trebuit să strângă fonduri la CEA pentru cercetare la MIT.El a sosit cu un bilet dus-întors cu câteva zile înainte de atentatul cu bombă la Maratonul din Boston din 2013.Dar de atunci Bucci a rămas acolo, devenind cercetător și apoi profesor asistent la NSE.
Bucci recunoaște că i-a fost greu să se adapteze la mediul său când s-a înscris pentru prima dată la MIT, dar munca și prieteniile cu colegii – consideră că Guanyu Su și Reza Azizyan de la NSE sunt cei mai buni prieteni ai săi – i-au ajutat să depășească temerile timpurii.
Pe lângă diagnosticarea furunculului, Bucci și echipa sa lucrează și la modalități de a combina inteligența artificială cu cercetarea experimentală.El crede cu fermitate că „integrarea instrumentelor avansate de diagnosticare, învățare automată și modelare avansată va da roade într-un deceniu”.
Echipa lui Bucci dezvoltă un laborator autonom pentru a efectua experimente de transfer de căldură la fierbere.Cu ajutorul învățării automate, configurația decide ce experimente să ruleze pe baza obiectivelor de învățare stabilite de echipă.„Punăm o întrebare la care aparatul va răspunde prin optimizarea tipurilor de experimente necesare pentru a răspunde la aceste întrebări”, a spus Bucci.„Cred sincer că aceasta este următoarea frontieră care se fierbe.”
„Când te cațări într-un copac și ajungi în vârf, îți dai seama că orizontul este mai larg și mai frumos”, a spus Butch despre entuziasmul său pentru continuarea cercetărilor în acest domeniu.
Chiar și luptă spre noi culmi, Bucci nu a uitat de unde vine.Pentru a comemora găzduirea de către Italia a Cupei Mondiale FIFA din 1990, o serie de afișe arată stadionul de fotbal din interiorul Colosseumului, ocupând locul de mândrie în casa și biroul său.Aceste postere, create de Alberto Burri, au valoare sentimentală: artistul italian (acum decedat) era tot din orașul natal al lui Bucci, Citta di Castello.


Ora postării: 10-aug-2022