24 June 2022, 23:50

Ученые выяснили, как можно проткнуть жидкость, а также как это предотвратить

Ученые выяснили, как можно проткнуть жидкость, а также как это предотвратить
Source: Пресс-служба Сколтеха

Обледенение корпуса самолета способно настолько нарушить аэродинамику воздушного судна, что может произойти авария. Чтобы этого не допустить, разрабатываются разнообразные покрытия, но наиболее простой сейчас вариант — нанести на фюзеляж противообледенительную жидкость. Важно, чтобы создаваемый ею защитный слой был равномерным и нигде не прерывался. Как показали ученые из Сколтеха и их коллега из Йоркского университета, нарушить эту защиту может капля воды или самой жидкости.

«Наша работа показывает, при каких условиях происходит разрыв жидкой пленки от удара капель и как его избежать. Эта проблема характерна не только для противообледенительной обработки поверхностей. 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. Еще пример: чтобы равномерно охлаждать раскаленную деталь, распыляя на нее воду, нужно, чтобы от контакта с новыми каплями не нарушалась целостность еще не испарившегося слоя воды», — объясняет первый автор исследования, старший научный сотрудник Сколтеха Виктор Гришаев.

Авторы предложили полуэкспериментальную модель, с помощью которой можно рассчитать, какой энергией должны обладать падающие капли, чтобы разрушить пленку жидкости, в том числе и вязкой — как мед или смазочное масло. Еще исследователи проанализировали, как можно бороться с этим вредным явлением. Так, чем толще пленка, тем большего размера кратер от удара должен остаться, чтобы пробить в ней устойчивую брешь. При условии фиксированной толщины пленки ограничить энергию столкновения, а значит, избежать формирования кратера критического размера, можно уменьшив или размер капли, или скорость ее падения.

Обеспечивая более детальное понимание процесса взаимодействия падающих капель с жидкими пленками, исследование дает возможность усовершенствовать технологические процессы: обработку противообледенительным раствором корпуса самолета перед взлетом, охлаждение и смазку деталей.

News article publications

Read also

Микроволновые разряды помогут управлять сверхзвуковыми летательными аппаратами
Физики и механики разработали теоретическую модель, описывающую процесс формирования нитевидных микроволновых разрядов в газах. В этом случае газ нагревается до температур порядка 830°С и выше, и в нем формируется большое количество заряженных и возбужденных частиц. Это явление можно использовать в аэродинамике и космонавтике, чтобы воздействовать на потоки газа вблизи летательных аппаратов и тем самым управлять полетом, поскольку эти структуры влияют на скорость и траекторию движения аппарата.
Cosmonautics
Mathematical modeling
Plasma Physics
Space
22 March 2024
Цифровые астроциты улучшили память нейросети на 20%
Ученые разработали первую в мире нейронную сеть, полностью построенную на принципах взаимодействия клеток реального головного мозга. Так, модель воспроизводит передачу сигналов не только между нервными клетками, но и между нейронами и астроцитами — вспомогательными клетками мозга. Эксперименты показали, что «подключение» астроцитов в работу нейросети улучшает ее способность «запоминать», то есть воспроизводить ранее полученную информацию, на 20%.
Cognitive Sciences
Mathematical modeling
Neural networks
30 January 2024
Микробы в вечной мерзлоте могут помешать резкому потеплению климата
Ученые выяснили, что высокое разнообразие микроорганизмов, населяющих зону вечной мерзлоты, может значительно снизить скорость потепления атмосферы у поверхности Земли. По мере таяния многолетнемерзлых грунтов микробы начинают выделять метан и, если видов бактерий мало, в определенный момент произойдет массовый выброс этого парникового газа. Высокое же видовое богатство приведет к меньшему — в масштабе нескольких градусов — нагреву воздуха планеты.
Geology
Mathematical modeling
Microbiology
13 December 2023
Новый геометрический метод позволит детальнее исследовать структуру кристаллов
Ученые разработали метод для наглядного анализа сложных кристаллических структур. Он заключается в том, чтобы представлять молекулы в виде многогранников — полиэдров, — по площадям граней которых можно количественно оценивать связи между атомами. Точные данные о строении кристаллов будут полезны для создания материалов с управляемыми свойствами, которые используются, в частности, для легких органических устройств. Например, уже сегодня предложены сенсоры движения воздуха, созданные на основе молекулярных кристаллов.
Crystallography
Mathematical modeling
Mathematics
14 October 2023
Математическая модель ускорит проектирование теплозащиты космических аппаратов
Российские ученые разработали математическую модель, описывающую поведение разреженных газов и плазмы вблизи поверхности твердого тела. Эта модель поможет при проектировании космических аппаратов и микроустройств, используемых, например, в электронике.
Engineering
Mathematical modeling
Space
10 September 2023
Учёные разработали модель растворителей для магний-ионных аккумуляторов
Физики из МФТИ и ОИВТ РАН показали, как корректно рассчитывать эффективность аккумуляторов из новых материалов методом компьютерного моделирования. Они предложили теоретическую модель взаимодействия проводящих ионов с окружающим растворителем и электродом. Методику можно использовать для поиска оптимальных растворителей и точного расчета характеристик аккумуляторов.
Electrochemistry
Mathematical modeling
Quantum Chemistry
31 August 2023