Специалисты Томского политехнического университета (ТПУ) и Института теплофизики Сибирского отделения Российской академии наук (СО РАН) разработали физико-математическую модель, которая позволяет рассчитать длину скольжения капель воды при их столкновении с наклонной поверхностью, отталкивающей воду.
Исследование поможет создавать новые составы и покрытия, которые предотвращают обледенение. Такие материалы могут быть полезны в авиастроении, ветроэнергетике и строительстве высокоскоростных поездов. Об этом сообщили в пресс-службе ТПУ.
Обледенение — актуальная проблема в авиационной промышленности. Накопление льда на лопастях ветровых турбин и крыльях самолётов снижает их эффективность. Один из способов предотвратить обледенение — сделать поверхность деталей супергидрофобной. Это достигается за счёт микро- и наношероховатостей, а также нанесения специальных химических составов.
Учёные разработали модель, которая позволяет быстро и точно рассчитать длину скольжения капли воды до отскока после удара о наклонную поверхность, отталкивающую воду. Этот подход имеет практическое значение для производства и эксплуатации самоочищающихся, противообледенительных, противообрастающих и водоотталкивающих покрытий в различных отраслях промышленности, включая авиастроение, ветроэнергетику и строительство высокоскоростных поездов.
В исследовании физики предложили новый подход к моделированию максимального диаметра растекания капель воды. Он учитывает проникновение жидкости в микроразмерные неоднородности текстур поверхности. Кроме того, учёные доказали, что разработанная модель позволяет использовать прогнозные значения максимального диаметра растекания при моделировании скольжения капли до отскока. Погрешность расчётов составляет допустимые 10–20%.
В настоящее время учёные работают над усовершенствованием модели, чтобы она учитывала ещё больше факторов, влияющих на поведение капель жидкости. Например, они увеличили скорость столкновения капель воды с водоотталкивающей поверхностью до 20 м/с, используя разработанную аэрогидродинамическую трубу открытого типа. Это позволяет имитировать реальные сценарии столкновения капель с функциональными конструкциями, такими как лопасти ветряков и элементы летательных аппаратов.
В новом исследовании также учитываются естественные температурные условия. Исследователи начали охлаждать поверхность столкновения и дозируемую воду до низких температур, как это происходит в природе.
Исследование было поддержано грантом Российского научного фонда. В нём участвовали сотрудники и студенты Научно-образовательного центра И. Н. Бутакова Инженерной школы энергетики ТПУ, Института теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН и Новосибирского государственного университета. Результаты исследования опубликованы в журнале International Journal of Multiphase Flow (Q1, IF: 3.6).
«Жуковский.Life» запустил спецпроект «На защите Отечества», где рассказывает о достижениях промышленности, культурном коде России, которые формируют независимость государства.