Skip to main content

Koken in microzwaartekracht met een high-tech ketel

News flash intro
Op 9 september 2019, na twee afzonderlijke dagen werk van Luca Parmitano, werd het Fluid Science Laboratory aan boord van het internationale ruimtestation opnieuw geactiveerd. Hierdoor kon de experimentencontainer "Reference mUltiscale Boiling Investigation" (RUBI) verhit worden. Doel was om de basisverschijnselen van warmteoverdrachtsprocessen bij koken op een verwarmingsoppervlak te onderzoeken. Bij B.USOC hebben de operatoren 6 maanden lang onvermoeibaar gewerkt aan niet minder dan 2100 tests, elk met verschillende parameters.
Body text

Na het einde van de CompGran-missie in 2019 werd de Reference mUltiscale Boiling Investigation (RUBI) Experiment Container geïnstalleerd, zij het niet zonder horten of stoten. Na een vertraging van een maand door een defecte stroomkabel kon het experiment eindelijk van start gaan.

Het experiment

De kern van het RUBI-experiment is de kookcel met geïntegreerde geforceerde convectielus (FCL) en een substraatverwarmer. Deze kookcel is gevuld met N-perfluorohexaan, het hoofdbestanddeel van het elektrisch koelmiddel FC-72. Het kookproces vindt plaats bij de substraatverwarmer, die wordt geïnitieerd door plaatselijke oververhitting van een kunstmatige nucleatieplaats met behulp van een gerichte laserspot.

De temperatuurverdeling van het oppervlak van de substraatverwarmer wordt aan de achterzijde gemeten met een ultrasnelle IR-camera, terwijl de belvormen worden geobserveerd met een ultrasnelle zwart-wit camera. Na enige tijd stopte de IR-camera echter met werken, waardoor de wetenschappelijke output helaas verminderde.

De kookcel is uitgerust met een thermisch regelsysteem dat temperatuurregeling in het bereik van 30°C tot 70°C mogelijk maakt. Voorts kan de absolute druk in de kookcel worden aangepast met behulp van een balg-compressordrukregelsysteem, dat op zijn beurt verschillende effecten heeft op het experiment.

Waarom in de ruimte?

Het doel van het kernexperiment is het initiëren van één enkele dampbel op een kokend verwarmingselement, het waarnemen van een of meerdere stabiele bellen bij gedefinieerde randvoorwaarden en dit bij verschillende verwarmingsfluxen. De randvoorwaarden zullen worden gedefinieerd door de aanwezigheid van een nabijgelegen regelbaar elektrisch veld dat wordt opgewekt door een ringvormige electrode die boven het substraatverwarmingsoppervlak kan worden ingesteld, en een dwarsstroom die door de FCL wordt opgewekt.

In de ruimte is er weinig tot geen effect van de zwaartekracht zoals thermische convectie of bellen die naar de oppervlakte stijgen. Daarom kan het RUBI-experiment zich richten op de verbeterde modellering van de kookprocessen, die dan ook van toepassing is op koken onder zwaartekracht met een verscheidenheid van toepassingen in de chemische industrie en de energietechnologie.

Bovendien zullen de resultaten worden toegepast op het ontwerp van toekomstige ruimtetoepassingen zoals

  • tweefasige koelkringen
  • cryogene brandstofopslag
  • koeling van elektronische apparatuur.

Na het succes van de eerste RUBI-missie is besloten om een uitbreiding op deze missie uit te voeren in de vorm van RUBI-X. RUBI-X ging op 15 oktober 2020 van start en gaat verder waar de vorige missie ophield door extra tests uit te voeren met verschillende combinaties van parameters.

Figure 2 body text
Figure 2 caption (legend)
Operatoren bij B.USOC aan het werk met RUBI. Credit: B.USOC.
Figure 3 body text
Figure 3 caption (legend)
Luca Parmitano installeert RUBI in de Columbus-module aan boord van het ISS. Credit: ESA