Статья «Высокоскоростное воздействие капель воды на микротекстурированные поверхности: влияние шероховатости и смачиваемости на коронное разбрызгивание» коллектива авторов опубликована в журнале Experimental Thermal and Fluid
Статья «Высокоскоростное воздействие капель воды на микротекстурированные поверхности: влияние шероховатости и смачиваемости на коронное разбрызгивание» коллектива авторов опубликована в журнале Experimental Thermal and Fluid Science.
Комплексное исследование, как скорость и характер удара о микротекстурированную поверхность влияют на появление короны у капель воды, провели ученые. В исследовании приняли участие ученые Инженерной школы энергетики ТПУ Данила Верходанов, Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Никита Хомутов, Научно-образовательного центра И. Н. Бутакова ТПУ Максим Пискунов и Иван Вожаков, Сергей Старинский, Алексей Сафонов и Никита Смирнов. Результаты работы лягут в основу создания водоотталкивающей защиты для лопастей ветровых и газовых турбин, а также систем противообледенения самолетов, сообщили ТАСС в пресс-службе Минобрнауки РФ.
В Министерстве отметили, что при высокоскоростном ударении капли воды о поверхность она разлетается в виде короны и множества мелких капель. Этот процесс влияет на эрозию материалов, эффективность теплообмена и удаление капель воды с поверхности. Однако показатели скоростей и размеров самих капель, которые встречаются при столкновении с поверхностями в реальных условиях, редко становились предметом исследования.
«Мы установили, что микро- и наноструктура поверхности влияет на симметрию короны капель и скорость разбрызгивания. Так, на микротекстурированных поверхностях корона капель будет симметричной и устойчивой, а на шероховатых необработанных — асимметричной. При этом удаление жидкости во время распада короны может замедляться в зависимости от уровня шероховатости. Понимание этих процессов позволит выбрать оптимальные характеристики поверхностей, обеспечивающие и водоотталкивающую, и противообледенительную способности», — сказал один из авторов исследования, доцент Научно-образовательного центра И. Н. Бутакова ТПУ Максим Пискунов.
На основании экспериментальных данных ученые вывели эмпирическую модель, которая позволяет предсказать, как сильно будет развиваться корона у капель, а также ее диаметр в момент распада. Модель политехников учитывает влияние инерции капель и адгезию поверхности. Апробация показала, что модель способна предсказывает диаметр короны в пределах 20% для капель воды и этанола в пределах заявленных показателей.
«Слабый удар капли о поверхность приводит к менее выраженной короне и почти отсутствию брызг, однако это не гарантирует более широкую зону смачивания: при невысокой скорости капля хуже распространяется по материалу. То, как долго вода задержится, определяется прежде всего не степенью шероховатости, а водоотталкивающими свойствами и правильно подобранной микро- и нанотекстурой покрытия. Правильная текстура помогает быстрее сбрасывать воду и лед. Поверхности с высоким сцеплением, напротив, удерживают влагу дольше», — сказал ассистент Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Никита Хомутов.
Международный журнал Experimental Thermal and Fluid Science предоставляет форум для исследований, подчеркивающих экспериментальную работу, которая расширяет фундаментальное понимание теплопередачи, термодинамики и механики жидкости. Журнал охватывает исследования, основанные на новых экспериментальных результатах или новых экспериментальных методах, относящихся к любой из трех основных областей исследований или их комбинации. Кроме того, журнал охватывает исследования в области массопереноса, криогеники, потоков с фазовым переходом, многофазных потоков, горения, потоков в пористых средах, потоков с частицами, биоинспирированных потоков, биомедицинских потоков или теплопередачи, микрофлюидики и турбулентности, при условии наличия четкого акцента на расширении фундаментального понимания на основе экспериментов. Материалы, посвященные новым экспериментальным методам, должны включать надежную проверку результатов по сравнению с устоявшимися методами или теоретическими предсказаниями.
Пресс-центр ИТ СО РАН по материалам издания ТАСС