Учёные Томского политехнического университета совместно с коллегами из Института теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН выяснили, как скорость и характер удара о микротекстурированную поверхность влияют на появление короны у капель воды, что, в свою очередь, влияет на эрозию материалов, эффективность теплообмена и удаления капель воды с поверхности.
При высокоскоростном ударе капли воды о поверхность, например, при работе турбин, полёте самолётов, она разлетается в виде короны и множества мелких капель. Учёные в своём исследовании ставили целью определить как микро- и наноструктура поверхности влияет на симметрию короны капель и скорость разбрызгивания.
Исследователи провели серию экспериментов с титановыми пластинами с фторполимерным покрытием и различным уровнем шероховатости, полученной с помощью лазерной обработки. По ним с высокой скоростью (от 5 до 20 м/с) ударяли каплями воды диаметром от 0,5 до 1,3 мм.
«На микротекстурированных поверхностях корона капель будет симметричной и устойчивой, а на шероховатых необработанных — асимметричной. При этом удаление жидкости во время распада короны может замедляться в зависимости от уровня шероховатости. Понимание этих процессов позволит выбрать оптимальные характеристики поверхностей, обеспечивающие и водоотталкивающую, и противообледенительную способности», — отметил один из авторов исследования, доцент Научно-образовательного центра И.Н. Бутакова ТПУ Максим Пискунов.
На основании экспериментальных данных учёные вывели эмпирическую модель, которая позволяет предсказать, какой будет форма и диаметр корны в момент распада капель.
«Слабый удар капли о поверхность приводит к менее выраженной короне и почти отсутствию брызг, однако это не гарантирует более широкую зону смачивания: при невысокой скорости капля хуже распространяется по материалу. То, как долго вода задержится, определяется прежде всего не степенью шероховатости, а водоотталкивающими свойствами и правильно подобранной микро- и нанотекстурой покрытия. Правильная текстура помогает быстрее сбрасывать воду и лёд. Поверхности с высоким сцеплением, напротив, удерживают влагу дольше», — объяснил ещё один участник исследования, ассистент Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Никита Хомутов.
Авторы надеются, что полученные результаты лягут в основу создания водоотталкивающей защиты для лопастей ветровых и газовых турбин, а также систем противообледенения самолётов.
Источник: habr.com