Чтобы изучить динамику этих гигантских капель, группа исследователей под руководством Марка Вейслогеля, профессора кафедры механики Материаловедение в Государственном университете Портленда в Орегоне создает и изучает их прямо здесь, на Земле.Как спросите вы? Как Вайслогель и его коллеги сообщают на этой неделе в журнале Physics of Fluids от AIP Publishing, они просто образуют лужу на плоской несмачиваемой поверхности и бросают ее с шести этажей «высотой с башни».
Предметы в свободном падении находятся в состоянии почти невесомости, или низкой гравитации.«Когда гравитация, по сути,« выключается »таким образом, лужа пытается образовать каплю и отрывается от поверхности в процессе… известном как прыжки по луже», — объяснил Вайслогель.Крупные капли и лужи имеют тенденцию самопроизвольно выпрыгивать с достаточно гидрофобных поверхностей во время обычных испытаний с помощью градирни. Простое экспериментальное устройство группы без движущихся частей может быть использовано для изучения динамических явлений капель для капель, которые в 10-4 раз больше, чем их обычные земные аналоги.
Он предоставляет и подтверждает «быстрые и качественные руководства по проектированию для« стрелков по каплям », используемые в тестах на башню падения, включая взаимосвязи для прогнозирования продолжительности и скорости выброса капель в зависимости от объема капли, текстуры поверхности, контура поверхности, картины смачиваемости, объема капли и свойства жидкости ", — добавил он.Какие уроки можно извлечь из испытаний на падение?
«Капли и пузыри очень распространены и проблематичны в космических аппаратах с низкой гравитацией, поэтому нам необходимо лучше понимать их, чтобы разработать более надежные системы обработки воды, топливные системы, охлаждающие жидкости и среды обитания», — сказал Вайслогель. «Удивительно, что такое поведение можно хорошо предсказать, некоторые с экстраполяцией результатов наземных экспериментов на 4 порядка».С точки зрения приложений, работа группы должна помочь улучшить бесконтактные испарители жидкостных систем космического корабля, несмачивающую посуду, конденсационные теплообменники и многое другое.
«Наш метод обеспечивает уникальный способ изучения других явлений падения капель, для которых необходим простой и дешевый каплеуловитель», — отметил он. «Нет ничего проще, чем использовать лужу на тарелке как способ заставить капли лететь».Группа Вайслогеля теперь использует свои результаты, чтобы «указать дальнейшие испытания на борту МКС, где астронавты будут проводить исследования соударения, разрыва, разбрызгивания и слияния капель с использованием простых супергидрофобных лопастей и очень больших капель жидкости», — сказал он. «И мы продолжим наши испытания на башне, которые доставляют удовольствие аспирантам, специализирующимся на механике жидкостей, чтобы исследовать другие эффекты свойств жидкости, условий смачивания и геометрии поверхности».