Испарение капель жидкости на поверхностях с экстремальными свойствами смачивания. Эксперимент и физические модели

Испарение капель, расположенных на поверхности, представляет интерес для целого ряда приложений – струйной печати, капельного охлаждения поверхностей, тепломассообменных аппаратов, в двигателях внутреннего сгорания, окраске распылением и покрытии поверхности твердыми частицами, повышении урожайности сельхозкультур, извлечении ДНК и диагностике заболеваний. Имеется достаточно много работ, посвященных изучению испарения капель на поверхности для различных материалов, жидкостей, условий окружающей среды, ориентации поверхности. Важным отличием нашей работы является использование в экспериментах созданной бифильной поверхности, большая часть которой имела супергидрофобные свойства, за исключением супергидрофильного «посадочного места», которое имело размер много меньше размера капли, так что контактный угол, и в случае лежащей капли, и в случае подвешенной капель, был достаточно велик, а площадь контакта сохранялась. Концепция создания таких поверхностей, с одной стороны, лежит в русле развития природоподобных (биомиметических) технологий, с другой стороны, проведение экспериментов с реальными, скажем биологическими, объектами чаще всего затруднено. Например, высыхание капли коллоидного раствора на поверхности листка приводит к изменению свойств последнего, вплоть до полного его разрушения.

Сопоставление данных по динамике испарения капель: эксперимент, модель и 2D численное моделирование

Проведенные эксперименты позволили получить динамику изменения формы и размера капель, температуры поверхности, контактного угла при испарении капель при вариации ориентации поверхности и условий окружающей среды (температура и влажность). Анализ полученных данных позволил сформулировать закономерности и выявить факторы, определяющие скорость испарения, создать простые физические модели, описывающие процесс испарения капель (в том числе и сложного состава), лежащих на супергидрофобной поверхности. Проведено сопоставление данных эксперимента, разработанных моделей и результатов, полученных детальным моделированием с помощью современных коммерческих кодов.

Руководитель работы – к. ф.-м. н. Старинская Е.М., тел. +7 (383) 316-50-32.