Теперь исследователи из Университета Соганг в Сеуле, Южная Корея, разработали модель, позволяющую предсказать, прилипнет ли падающая капля к тонкому волокну и сколько остатков воды останется на волокне. Они обсуждают свои выводы в выпуске Physics of Fluids на этой неделе от AIP Publishing.«Инженеры будут применять наши результаты для контроля количества жидкости, удерживаемой на волокнах для сбора воды из туманного воздуха, фильтрации воздуха и технологий покрытия волокон», — сказал Вонджунг Ким, инженер-механик из Университета Соганг. «Насколько нам известно, это первое количественное исследование остаточной массы волокна после столкновения».
Ким и его ученик Сунг-Гил Ким были вдохновлены изображением паутины, покрытой водой после дождя. «[Изображение] вызвало некоторые вопросы: что произойдет, если капля ударится по тонкому волокну? Какое количество капель дождя останется на волокне?» — сказала Ким.Исследователи приступили к ответу на свои вопросы, построив эксперимент по съемке высокоскоростного видео, на котором капли воды падают на медный провод.
Они сбросили капли воды диаметром 2,7 мм из шприца на несколько высот над проволокой. Чем выше шприц, тем выше скорость удара капли.
Исследователи также изменили толщину медной проволоки от 20 микрометров до 1000 микрометров.Когда капля воды ударилась о проволоку, произошло одно из трех: капля покачивалась, но в конечном итоге прилипла к проволоке, капля падала с проволоки практически целиком или капля раскололась.
Для капли заданного размера результат определяется скоростью ее движения и толщиной проволоки.При высокой скорости удара, более 2 метров в секунду, капли расщепляются. На более низких скоростях капли либо захватывались, либо падали одной большой каплей, в зависимости от толщины проволоки. Толстые проволоки улавливают капли с большей скоростью, чем тонкие.
В каком-то смысле расщепление капель воды стало неожиданностью. «Существует корейская идиома« разрезать воду ножом », означающую тщетную попытку, потому что тело жидкости нельзя разделить ножом. Но наши результаты показывают, что очень тонкое волокно может расколоть каплю, что, вероятно, противоречит интуиции. "Сказал Ким.Исследователи также взвесили проволоку после того, как на нее упала капля, чтобы увидеть, сколько воды прилипло к проволоке.
В тех случаях, когда капля не прилипала, остаточная масса определяется в основном толщиной проволоки и незначительно зависит от скорости удара. Ким отметил, что это может быть важно для максимального увеличения производительности систем сбора воды. Поскольку полный улавливание капель происходит только на низких скоростях, в конечном итоге может быть более эффективным захват некоторого процента воды, проходящей через более высокую скорость.Скорость захвата или разделения капель зависит от настроек исследователей.
Затем они обобщили результаты, проанализировав силы, действующие при ударе капли о проволоку. Инерция тяжелой, быстро движущейся капли оторвет ее от проволоки, а поверхностное натяжение заставит ее прилипнуть. Судьба капли определяется свойствами жидкости, такими как плотность, скорость и размер, а также отношением радиуса капли к радиусу проволоки.Большинство практических приложений для этого исследования основаны на волоконных сетках, а не на медной проволоке.
В дальнейшем исследователи планируют изучить воздействие падения на сложные оптоволоконные массивы.