Multi-phase Heat Transfer from Porous Structure of Oxides Formed on Metals at High Temperatures
Project goals
The project's strength is in developing bilateral cooperation with the most innovative university in the USA - Arizona State University in basic research and overlapping into the application part covered by the leading American steel company US Steel Research Center. Thanks to the cooperation with American strategic partners, the scientists' excellence will be strengthened at the international level, especially in the field of research on heat sharing from very high-temperature surfaces through the oxide layer. The two-phase mixture (consisting of vapor and liquid) and vapor layer is formed on the hot surface during spray cooling. The vapor layer prevents the direct contact of the coolant with the cooled surface. The vapor layer instability grows with decreasing surface temperature and when reaching Leidenfrost temperature, it collapses and the intensity of cooling increases substantially. The presence of oxides with a low thermal conductivity is generally considered as a thermal barrier. However, in a certain industry application, it was observed that the oxide layer unexpectedly intensified the cooling intensity. This effect was clarified and published by the authors of the project proposal in the year 2012. (M. RAUDENSKÝ, M. HNÍZDIL, P. KOTRBÁČEK. Why oxides intensify spray cooling? In: The 30th International Steel Industry Conference. Paris, 2012). The explanation was based on the temperature profile on the oxide layer itself. The principal explanation is based on the shift of the Leidenfrost temperature on the surface of oxides, but so far no proven theory can predict changes in cooling intensity based on knowledge of spray characteristics in combination with surface morphology and internal structure of oxides.
Keywords
Oxidesoxide layernano-structuresheat transferphase changesporous structures
Public support
Provider
Ministry of Education, Youth and Sports
Programme
—
Call for proposals
SMSM2023LU001
Main participants
Vysoké učení technické v Brně / Fakulta strojního inženýrství
Contest type
VS - Public tender
Contract ID
MSMT-1445/2014-1
Alternative language
Project name in Czech
Vícefázový přenos tepla z porézní struktury oxidů vytvořených na kovu za vysokých teplot
Annotation in Czech
Cílem projektu je objasnit popsat a ve finále i predikovat přenosové jevy vznikající na amorfních površích při kontaktu s dvoufázovou směsí kapalina/pára za vysokých teplot. Projekt je postaven na základě bilaterální spolupráce s nejinovativnější univerzitou USA – Arizona State University (ASU) na poli základního výzkumu s přesahem do aplikační části zastřešené přední americkou ocelářskou společností US Steel Research Center. Díky spolupráci se strategickými americkými partnery dojde k posílení excelence zapojených vědců na mezinárodní úrovni, zejména v oblasti výzkumu sdílení tepla z povrchů o velmi vysokých teplotách přes oxidickou vrstvu. Při chlazení vzniká na horkém povrchu dvoufázová směs a parní vrstva, která brání v přímém kontaktu chladicí kapaliny s povrchem. Stabilita parní vrstvy klesá se snižující se povrchovou teplotou, až při Leidenfrostově teplotě parní vrstva zkolabuje a intenzita chlazení řádově vzroste. Přítomnost oxidů s malou tepelnou vodivostí je obecně brána jako tepelná bariera. V některých průmyslových aplikacích však oxidy zcela překvapivě zintenzivnily chlazení. Tento efekt se podařilo objasnit a publikovat autorům navrhovaného projektu v roce 2012. Vysvětlení vycházelo z teplotního profilu na vlastní oxidické vrstvě. Principiální vysvětlení se opírá o posun Leidenfrostovy teploty na povrchu oxidů, dosud však neexistuje ověřená teorie, která by dokázala predikovat změny v intenzitě chlazení na základě znalosti charakteristik sprejů v kombinaci s charakteristikou povrchové morfologie a vnitřní struktury oxidů. Výraznou vlnu zájmu o výzkum Leidenfrostovy teploty zvedl nedávno publikovaný článek v časopisu Nature (M. JIANG, Y. WANG, F. LIU:. Inhibiting the Leidenfrost effect above 1,000 °C for sustained thermal cooling. Nature (London) England, 2022, 601).
Scientific branches
Solution timeline
Realization period - beginning
Mar 1, 2024
Realization period - end
Dec 31, 2027
Project status
B - Running multi-year project
Latest support payment
Feb 12, 2025
Data delivery to CEP
Confidentiality
S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů
Data delivery code
CEP25-MSM-LU-R
Data delivery date
Mar 4, 2025
Finance
Total approved costs
10,526 thou. CZK
Public financial support
10,526 thou. CZK
Other public sources
0 thou. CZK
Non public and foreign sources
0 thou. CZK
Recognised costs
10 526 CZK thou.
Public support
10 526 CZK thou.
0%
Provider
Ministry of Education, Youth and Sports
OECD FORD
Thermodynamics
Solution period
01. 03. 2024 - 31. 12. 2027