Немецкие исследователи разгадали загадку падающих капель и нашли способ лучше понять поведение жидких потоков

Исследователи из Ахенского университета в Германии провели углублённое изучение механизма образования и падения капель жидкости с поверхности, что имеет значительное значение для различных промышленных отраслей. Аспирантка Атефе Пур Карими совместно с коллегами из Института тепло- и массопереноса сосредоточила своё внимание на динамике этого процесса.

Несмотря на кажущуюся простоту явления, процесс формирования и падения капель до сих пор не подвергался полному анализу. Разобравшись в сложных взаимодействиях сил, задействованных в этом процессе, можно значительно улучшить проектирование структурированных насадок для градирен, где важно стимулирование каплеобразования в потоке жидкости, а также разработку покрытий для поддержания гладкости поверхности.

Помимо этого, результаты работы нашли практическое применение в проектировании сеток для сбора чистой воды из тумана или росы в районах с дефицитом водных ресурсов. Эти устройства используют принципы конденсации воды на волокнах и её стекания в накопительные резервуары.

Во время эксперимента учёные наблюдали за потоком масла, текущего по наклонным волокнам, изменяя толщину плёнки и угол наклона для изучения различных сценариев поведения жидкости.

Пур Карими пояснила: «Образование капель в текущей плёнке происходит благодаря взаимодействию силы тяжести, поверхностного натяжения, инерции и вязкостных сил. С математической точки зрения, это поведение можно описать как хаотическое, где незначительные изменения параметров могут привести к неожиданным результатам».

Исследователи отметили, что масло сначала формирует плоскую плёнку, текущую по волокнам, а затем переходит в состояние капель или бусин. Эти образования могут оставаться стабильными, сталкиваться и сливаться, или увеличиваться в размере, достигая точки отрыва и падения.

Для более детальной характеристики формы капель учёные ввели новый параметр – угловое соотношение Φ, что позволило точно прогнозировать поведение каждой капли. «Мы полагаем, что значение Φ и, следовательно, поведение капли определяется преобладающей силой, действующей при её формировании», – добавила Пур Карими.

В дальнейшем исследователи планируют подтвердить свои гипотезы с помощью математических моделей и теоретических расчётов. Это исследование может привести к усовершенствованию промышленных процессов и созданию более эффективных технологий для сбора воды в засушливых регионах.

 

Источник: iXBT