משאבה בהשראת לב מגבירה את יעילות האנרגיה - עולם הפיזיקה

דפוסי שאיבה המחקים את פעימות הלב האנושיות יכולות להפחית באופן דרסטי את המערבולת בנוזל שנשאב דרך צינורות, גילו חוקרים באוסטריה. באמצעות סט פשוט של ניסויים, ביורן הוף ועמיתים במכון למדע וטכנולוגיה אוסטריה הראו כיצד שאיבת פולסים המשולבים בתקופות מנוחה עשויה להוביל לפיתוח טכניקות שאיבה יעילות הרבה יותר.

שאיבת נוזלים ממלאת תפקידים מכריעים בתעשייה, בחקלאות ובמתן שירותים כגון מים. ואכן, ההערכה היא ש-10% מכלל האנרגיה החשמלית הנצרכת בעולם משמשת לשאיבה. בגלל עוצמת האנרגיה הזו, אנשים מנסים לפתח משאבות טובות ויעילות יותר במשך זמן רב מאוד. עם זאת, מומחים עדיין לא מבינים עד הסוף כיצד לייעל את תהליך השאיבה.

במשך למעלה ממאה שנה, חוקרים הבינו שמערבולת בצינור תגביר את החיכוך בין הצינור לנוזל, ובכך תפחית את יעילות השאיבה. אמנם חלה התקדמות מסוימת בפיתוח שיטות לחיסול מערבולות, אך הבעיה לא הייתה קלה לפתרון.

קשה בפועל

"בפועל, השיטות שפיתחנו עד כה התבררו כלא שימושיות", מסביר הוף. "גם אם נוכל למגר את המערבולת בחלק כלשהו של הזרימה, המערבולת יכולה להיות מופעלת קצת יותר במורד הזרם על ידי שקעים, עיקולים או פגמים אחרים בצינורות, וכל האפקט יאבד."

במקום לחקור עיצובים חדשים של משאבות או צינורות, הוף ועמיתיו התמקדו בשליטה על מהירות הנוזל העובר דרכם. "ידענו מעבודת המעבר שלנו ששינוי בפרופיל המהירות הממוצע בזמן יכול להיות יעיל מאוד בדיכוי מערבולות", אומר הוף. "זה הרבה יותר קל מאשר תגובה מיידית לשינויי מהירות, גישת בקרת מערבולות ששימשה מחקרים קודמים רבים."

כדי לבדוק את הרעיון שלהם, הצוות בנה מכשיר פשוט שבו מים נשאבים דרך צינור שקוף. משאבת מזרק מותאמת אישית משמשת כדי לשלוט בקפידה על קצב הזרימה שלה. כדי להתבונן בדפוסי הזרימה שהופיעו, הם זרעו את המים עם חלקיקים מחזירי אור. הקרנת קרן לייזר במרכז הצינור אפשרה לצוות לצלם תמונות של הנוזל במרווחי זמן קבועים.

דומה להפליא

באמצעות הגדרה זו, החוקרים כימתו את מידת המערבולת הנובעת ממגוון של דפוסי זרימה פעימה. הם גילו שדפוס השאיבה שיצר בעקביות את המערבולת הפחותה דומה להפליא לדפוס הזרימה של הדם המונע על ידי הלב האנושי.

"בסך הכל, מצאנו שהביצועים הטובים ביותר נמצאים בצורת גל שקרובה מאוד לזו שנמצאת באבי העורקים, שבה רמות גדולות של תנודות וגרירה יזיקו לרירית התאים הפנימית שלה", מסביר הוף.

משאבת ואקום זעירה מודפסת בתלת מימד יכולה לתת דחיפה לספקטרומטריית המסה

בכלי הדם שלנו, פולסים זורמים במהירות הנוצרים מהתכווצות רגילה של הלב מופרדים על ידי תקופות מנוחה קצרות, שבהן הלב נרגע כדי לאפשר לחדריו להתמלא בדם. כאשר הם כללו את שלב המנוחה הזה בדפוס השאיבה שלהם, הצוות של הוף גילה שמערבולת בצינור בוטלה כמעט לחלוטין עבור מהירויות זרימה דומות לאלו באבי העורקים. אפילו במהירויות זרימה גבוהות בהרבה, כמות הגרר שנוצרה על ידי מערבולות הופחתה ביותר מ-25%.

החוקרים מודים שיהיו אתגרים רבים להתגבר לפני שניתן יהיה לשלב טכנולוגיה בהשראת הלב ביישומי שאיבה מעשיים. "לעת עתה, ייתכן שמשאבות זרם לא יתאימו להשגת צורת הגל הנדרשת, ויהיה צורך במחקרים נוספים כדי לראות אם הרווחים נמשכים במהירויות זרימה גבוהות עוד יותר", אומר הוף.

הצוות גם מתכנן לחפש דפוסי זרימה אחרים שיכולים להיות אפילו טובים יותר בהפחתת המערבולת - במיוחד במהירויות זרימה גבוהות יותר. באמצעות מחקר נוסף, הצוות מקווה שניתן יהיה לפתח טכניקות שאיבה חדשות המשפרות באופן משמעותי את יעילות השאיבה - ולהפחית הן את העלות והן את ההשפעה הסביבתית שלה.

המחקר מתואר ב טבע.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. רכב / רכבים חשמליים, פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
• ChartPrime. הרם את משחק המסחר שלך עם ChartPrime. גישה כאן.
• BlockOffsets. מודרניזציה של בעלות על קיזוז סביבתי. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/heart-inspired-pump-boosts-energy-efficiency/