Перед взлётом на корпус самолёта наносят слой противообледенительной жидкости, но капли дождя или даже самого́ распыляемого на фюзеляж раствора могут парадоксальным образом продырявить защитную плёнку, оставляя в месте своего падения уязвимые участки. Предпосылки появления такого рода дыр в вязких плёнках и предотвращения этого вредного явления определили учёные из Сколтеха и их коллега из Йоркского университета в недавно опубликованном в журнале Fluids исследовании. Ранее коллектив проделал аналогичную работу для маловязких жидкостей и показал «протыкание» воды в замедленной съёмке.
«Наша работа показывает, при каких условиях происходит разрыв жидкой плёнки от удара капель и как его избежать; а эта проблема характерна не только для противообледенительной обработки поверхностей, — объясняет первый автор исследования, старший научный сотрудник Сколтеха Виктор Гришаев. — Скажем, при распылении смазки на металлические детали работающего механизма падающие капли тоже могут оставить сухие участки, только они пострадают от трения, а не льда, но принцип тот же. Ещё пример: чтобы равномерно охлаждать раскалённую деталь распыляя на неё воду, нужно, чтобы от контакта с новыми каплями не нарушалась целостность ещё не испарившегося слоя воды».
Изображение. Прокол плёнки жидкости на водоотталкивающей поверхности в результате падения капли. Кадр из видеоролика, представленного Виктором Гришаевым и др. в галерее «Движение жидкости»
Есть три основных параметра, на которые можно повлиять с инженерной точки зрения. Во-первых, чем толще плёнка, тем большего размера кратер от удара должен остаться, чтобы пробить в ней устойчивую брешь. При условии фиксированной толщины плёнки ограничить энергию столкновения, а значит избежать формирования кратера критического размера, можно уменьшив или размер капли, или скорость её падения.
«Наша наполовину эмпирическая модель связывает все эти параметры друг с другом, — рассказывает Гришаев. — Её предсказания хорошо согласуются с экспериментом, причём теперь даже для случая вязкой жидкости — можете представить себе мёд или смазочное масло. Дело в том, что в вязкой жидкости значительная часть энергии уходит на трение между молекулами в капле при деформируется от удара и в самой плёнке при формировании кратера».
Обеспечивая более детальное понимание процесса взаимодействия падающих капель с жидкими плёнками, исследование даёт возможность усовершенствовать технологические процессы: обработку противообледенительным раствором корпуса самолёта перед взлётом, охлаждения и смазка деталей.
Представленное в пресс-релизе исследование профинансировано грантом № 19-79-10272 Российского научного фонда.
*****
Сколтех — негосударственный международный университет. Созданный в 2011 году в сотрудничестве с Массачусетским технологическим институтом (MIT), Сколтех готовит новое поколение лидеров в области науки, технологий и бизнеса, проводит исследования в прорывных областях и содействует технологическим инновациям с целью решения важнейших проблем, стоящих перед Россией и миром. Сколтех развивает шесть приоритетов: искусственный интеллект и коммуникации, науки о жизни и здоровье, прорывная инженерия и передовые материалы, энергоэффективность и ESG, фотоника, перспективные исследования. Усилия Сколтеха призваны способствовать укреплению технологического превосходства России в приоритетных направлениях. Сайт: https://www.skoltech.ru/.
Все выпуски журнала «ЭкоГрад» в электронной версии читайте на pressa.ru,
Бумажные экземпляры спецвыпусков и книги В. Климова можно приобрести на OZON
