Вирішення давніх проблем теплопередачі |Новини MIT

Це питання спантеличило вчених протягом століття.Але підкріплений нагородою Міністерства енергетики США (DoE) у розмірі 625 000 доларів США за видатні заслуги на початку кар’єри, Маттео Буччі, доцент Департаменту ядерної науки та техніки (NSE), сподівається наблизитися до відповіді.
Незалежно від того, нагріваєте ви каструлю з водою для пасти чи проектуєте ядерний реактор, одне явище — кипіння — має вирішальне значення для ефективності обох процесів.
«Кипіння є дуже ефективним механізмом теплопередачі;це те, як велика кількість тепла відводиться від поверхні, тому він використовується в багатьох додатках з високою щільністю потужності», - сказав Буччі.Приклад використання: ядерний реактор.
Для непосвячених кип’ятіння виглядає просто – утворюються бульбашки, які лопаються, відводячи тепло.Але що, якби утворилось і злилося стільки бульбашок, утворивши смугу пари, яка перешкоджала подальшій теплопередачі?Така проблема є загальновідомою сутністю, відомою як криза кипіння.Це призведе до теплового розбігу та виходу з ладу паливних стрижнів у ядерному реакторі.Тому «розуміння та визначення умов, за яких може виникнути криза кипіння, має вирішальне значення для розробки більш ефективних і економічно конкурентоспроможних ядерних реакторів», — сказав Бутч.
Ранні писання про киплячу кризу датуються майже століттям до 1926 року. Хоча було зроблено багато роботи, «очевидно, що ми не знайшли відповіді», - сказав Буччі.Кризи кипіння залишаються проблемою, оскільки, незважаючи на велику кількість моделей, важко виміряти відповідні явища, щоб довести або спростувати їх.«[Кипіння] — це процес, який відбувається в дуже, дуже малому масштабі та протягом дуже, дуже короткого періоду часу», — сказав Буччі.«Ми не можемо дивитися це з рівнем деталізації, необхідним для розуміння того, що насправді відбувається, і перевірки гіпотез».
Але протягом останніх кількох років Буччі та його команда розробляли діагностику, яка може виміряти явища, пов’язані з кипінням, і дати вкрай необхідну відповідь на класичне запитання.Діагностика заснована на інфрачервоних методах вимірювання температури за допомогою видимого світла.«Поєднавши ці дві технології, я думаю, ми будемо готові відповісти на питання довгострокової теплопередачі та зможемо вибратися з кролячої нори», — сказав Буччі.Гранти Міністерства енергетики США від Програми ядерної енергії допоможуть цьому дослідженню та іншим дослідницьким зусиллям Буччі.
Для Буччі, який виріс у Чітта-ді-Кастелло, невеликому містечку поблизу Флоренції, Італія, розгадування головоломок не є чимось новим.Мати Буча була вчителем початкових класів.Його батько мав машинну майстерню, що сприяло науковому хобі Буччі.«У дитинстві я був великим фанатом Lego.Це була пристрасть", - додав він.
Хоча Італія пережила серйозний занепад ядерної енергетики в роки свого становлення, ця тема захопила Буччі.Можливості роботи в цій сфері були невизначеними, але Буччі вирішив копнути глибше.«Якщо мені доведеться щось робити все життя, то це не так добре, як хотілося б», — пожартував він.Буччі вивчав ядерну інженерію в бакалавраті та аспірантурі в університеті Пізи.
Його інтерес до механізмів теплопередачі ґрунтується на його докторському дослідженні, над яким він працював у Французькій комісії з альтернативної та атомної енергії (CEA) у Парижі.Там колега запропонував попрацювати над кризою окропу.Цього разу Буччі націлився на NSE Массачусетського технологічного інституту та зв’язався з професором Якопо Буонгіорно, щоб дізнатися про дослідження інституту.Буччі довелося зібрати кошти в CEA для дослідження в MIT.Він прибув із квитком туди й назад за кілька днів до вибуху на Бостонському марафоні 2013 року.Але відтоді Буччі залишився там, став науковцем-дослідником, а потім доцентом NSE.
Буччі зізнається, що йому було важко адаптуватися до навколишнього середовища, коли він уперше вступив до Массачусетського технологічного інституту, але робота та дружба з колегами — він вважає Гуанью Су та Резу Азізяна з NSE своїми найкращими друзями — допомогли подолати перші побоювання.
Окрім діагностики фурункулів, Буччі та його команда також працюють над способами поєднання штучного інтелекту з експериментальними дослідженнями.Він твердо вірить, що «інтеграція передової діагностики, машинного навчання та передових інструментів моделювання принесе плоди протягом десяти років».
Команда Буччі розробляє автономну лабораторію для проведення експериментів з теплопередачі при кипінні.Завдяки машинному навчанню програма вирішує, які експерименти проводити, виходячи з цілей навчання, поставлених командою.«Ми задаємо питання, на яке машина дасть відповідь, оптимізувавши види експериментів, необхідні для відповіді на ці запитання», — сказав Буччі.«Я чесно думаю, що це наступний рубіж, який кипить».
«Коли ви піднімаєтеся на дерево і піднімаєтесь на вершину, ви розумієте, що горизонт ширший і красивіший», — сказав Бутч про свій ентузіазм щодо подальших досліджень у цій галузі.
Навіть прагнучи нових висот, Буччі не забув, звідки він родом.На честь проведення в Італії Чемпіонату світу з футболу 1990 року серія плакатів показує футбольний стадіон усередині Колізею, який займає почесне місце в його будинку та офісі.Ці плакати, створені Альберто Буррі, мають сентиментальну цінність: італійський художник (нині покійний) також був із рідного міста Буччі, Чітта ді Кастелло.


Час публікації: 10 серпня 2022 р