Решение давних проблем теплопередачи |Новости Массачусетского технологического института

Это вопрос, который озадачивал ученых на протяжении столетия.Но, воодушевленный премией Министерства энергетики США (DoE) за выдающиеся заслуги в начале карьеры в размере 625 000 долларов США, Маттео Буччи, доцент кафедры ядерной науки и техники (NSE), надеется приблизиться к ответу.
Нагреваете ли вы кастрюлю с водой для макарон или проектируете ядерный реактор, одно явление — кипение — имеет решающее значение для эффективности обоих процессов.
«Кипение — очень эффективный механизм теплопередачи;именно так большое количество тепла удаляется с поверхности, поэтому он используется во многих приложениях с высокой удельной мощностью», — сказал Буччи.Пример использования: ядерный реактор.
Для непосвященных кипячение выглядит просто — образуются пузырьки, которые лопаются, отводя тепло.Но что, если образовалось и соединилось так много пузырьков, создав полосу пара, которая предотвратила дальнейшую передачу тепла?Такой проблемой является хорошо известная сущность, известная как кризис кипения.Это привело бы к тепловому разгону и выходу из строя топливных стержней в ядерном реакторе.Поэтому «понимание и определение условий, при которых может произойти кризис кипения, имеет решающее значение для разработки более эффективных и конкурентоспособных по стоимости ядерных реакторов», — сказал Бутч.
Ранние записи о назревающем кризисе датируются почти столетием до 1926 года. Несмотря на то, что была проделана большая работа, «ясно, что мы не нашли ответа», — сказал Буччи.Кризисы кипения остаются проблемой, поскольку, несмотря на обилие моделей, трудно измерить соответствующие явления, чтобы доказать или опровергнуть их.«[Кипячение] — это процесс, который происходит в очень, очень малых масштабах и в течение очень и очень короткого периода времени», — сказал Буччи.«Мы не можем смотреть его с уровнем детализации, необходимым для понимания того, что на самом деле происходит, и проверки гипотез».
Но за последние несколько лет Буччи и его команда разработали диагностику, которая может измерять явления, связанные с кипением, и давать столь необходимый ответ на классический вопрос.Диагностика основана на методах измерения инфракрасной температуры с использованием видимого света.«Объединив эти две технологии, я думаю, мы будем готовы ответить на вопросы о долгосрочной теплопередаче и сможем выбраться из кроличьей норы», — сказал Буччи.Гранты Министерства энергетики США от Программы ядерной энергетики помогут этому исследованию и другим исследовательским усилиям Буччи.
Для Буччи, выросшего в Читта-ди-Кастелло, небольшом городке недалеко от Флоренции, Италия, решение головоломок не является чем-то новым.Мать Бутча была учительницей начальных классов.У его отца была механическая мастерская, которая способствовала научному увлечению Буччи.«В детстве я был большим поклонником Lego.Это была страсть», — добавил он.
Хотя в годы своего становления Италия пережила серьезный спад в атомной энергетике, эта тема очаровала Буччи.Возможности трудоустройства в этой области были неопределенными, но Буччи решил копнуть глубже.«Если мне нужно чем-то заниматься всю оставшуюся жизнь, это не так хорошо, как мне бы хотелось», — пошутил он.Буччи изучал ядерную инженерию в бакалавриате и аспирантуре Пизанского университета.
Его интерес к механизмам теплопередачи коренится в его докторском исследовании, над которым он работал во Французской комиссии по альтернативной энергии и атомной энергии (CEA) в Париже.Там коллега предложил поработать над кризисом кипятка.На этот раз Буччи нацелился на NSE Массачусетского технологического института и связался с профессором Якопо Буонджорно, чтобы узнать об исследованиях института.Буччи пришлось собирать средства в CEA для исследований в Массачусетском технологическом институте.Он прибыл с билетом туда и обратно за несколько дней до взрыва на Бостонском марафоне 2013 года.Но с тех пор Буччи остался там, став научным сотрудником, а затем доцентом в NSE.
Буччи признает, что ему было трудно приспособиться к окружающей среде, когда он впервые поступил в Массачусетский технологический институт, но работа и дружба с коллегами — он считает Гуанью Су из NSE и Резу Азизян своими лучшими друзьями — помогли преодолеть ранние опасения.
Помимо диагностики фурункулов, Буччи и его команда также работают над способами объединения искусственного интеллекта с экспериментальными исследованиями.Он твердо верит, что «интеграция расширенной диагностики, машинного обучения и передовых инструментов моделирования принесет свои плоды в течение десятилетия».
Команда Буччи разрабатывает автономную лабораторию для проведения экспериментов по теплопередаче при кипении.Благодаря машинному обучению установка решает, какие эксперименты проводить, исходя из целей обучения, поставленных командой.«Мы задаем вопрос, на который машина ответит, оптимизируя виды экспериментов, необходимых для ответа на эти вопросы», — сказал Буччи.«Я искренне думаю, что это следующий рубеж, который кипит».
«Когда вы взбираетесь на дерево и добираетесь до вершины, вы понимаете, что горизонт шире и красивее», — сказал Бутч о своем энтузиазме в отношении дальнейших исследований в этой области.
Даже стремясь к новым вершинам, Буччи не забыл, откуда он родом.В ознаменование проведения в Италии чемпионата мира по футболу 1990 года серия плакатов изображает футбольный стадион внутри Колизея, занимающий почетное место в его доме и офисе.Эти плакаты, созданные Альберто Бурри, имеют сентиментальную ценность: итальянский художник (ныне покойный) также был из родного города Буччи, Читта-ди-Кастелло.


Время публикации: 10 августа 2022 г.