在深邃黑暗的宇宙深處,航太電子設備與火箭燃料依然會產生極高的熱量。隨著深空探索任務越走越遠,科學家迫切需要弄懂一個關鍵問題:當用於冷卻設備或作為燃料的「超低溫液體」(cryogenic liquids)在太空中沸騰時,究竟會發生什麼事?
過去科學界普遍認為,在微重力環境下,液體沸騰的散熱效率非常差。由於缺乏重力所產生的浮力,沸騰產生的氣泡無法向上漂浮,而是傾向黏在加熱表面上,且液體內部的熱對流也極其微弱。直覺上,這種現象會大幅降低氣泡帶走熱量的能力,使冷卻效果打折扣。
然而,由美國佛羅里達大學(University of Florida)機械工程師宋永燮(Youngsup Song,音譯)領導的研究團隊,在《自然合作系列-微重力》(npj Microgravity)期刊上發表的最新研究,卻打破了這個傳統認知。他們利用液氮作為測試樣本,在模擬失重的拋物線飛行中進行實驗,結果發現:在近乎零重力的環境下,沸騰散熱居然變得更有效率,氣泡不僅更早形成,熱轉移的冷卻效果也顯著提升。團隊指出,當氣泡因為沒有浮力而停留在加熱表面時,氣泡與加熱器之間會形成一層極度微薄的液體薄膜。這層液膜導熱速率極快,反而發揮了意料之外的冷卻效果。
不過,這項優勢伴隨著極高的風險,液氮能承受的「最高散熱極限」比地面驟降了65%,一旦熱量超過這個極限,黏在表面的無數氣泡就會連成一大片「氣體牆」,並且由於氣體的隔熱效果極佳,它會徹底阻擋後續的液體碰到設備,熱量就會完全散不出去,而導致設備瞬間過熱燒毀。




