Een onderzoeksteam van het Research Institute of Mechanics, MSU samen met een collega van het Center of New Space Technologies, MAI beschreef het gedrag van een vloeibaar vel dat zich voortplant in de open ruimte. De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in de Fysica van vloeistoffen logboek.

Onder standaardomstandigheden, de stabiliteit van vloeibare platen hangt in het algemeen af ​​van hun interactie met de lucht. Het overheersende effect (de zogenaamde Kelvin-Helmholtz-instabiliteit) manifesteert zich door de vloeistof-luchtwrijving. Het verschil in de snelheden van het gas en de vloeistof resulteert in het ontstaan ​​van rimpelingen, golven, en de vorming van druppeltjes nabij het vloeistofoppervlak. Door de wind gegenereerde golven op het wateroppervlak behoren tot de bekendste voorbeelden van deze instabiliteit. De auteurs van het artikel bestudeerden het gedrag van een vloeibare plaat in vacuüm, wanneer er geen interactie met de omgeving plaatsvindt. In de studie, de auteurs beschouwden de zogenaamde vacuümolie, d.w.z. een vloeistof waarvan de viscositeit, warmtegeleiding, en oppervlaktespanningscoëfficiënten variëren aanzienlijk met de temperatuur. Dergelijke vloeistoffen worden gebruikt in oliedamppompen, onder andere.

Het bestuderen van het gedrag van vloeistofplaten in de open ruimte is relevant voor de ontwikkeling van nieuwe koeltechnologieën voor ruimtevaartuigen. In de toekomst, zogenaamde druppelkoelradiatoren kunnen worden gebruikt om het thermische regime van ruimtevaartuigen voor lange missies te regelen. Bij deze apparaten de vloeistof van het koelsysteem wordt gefragmenteerd door speciale verstuivers en verandert in een laag vloeistofdruppels die in de open ruimte bewegen. Omdat de laag druppeltjes een groot uitstralend oppervlak heeft, de warmte komt efficiënter vrij en de vloeistof wordt intensiever gekoeld. Tegelijkertijd, zich een ernstig probleem voordoet, aangezien deze druppels moeten worden opgevangen, vloeibaar gemaakt, en keerde terug aan boord van het ruimtevaartuig. Een van de mogelijke oplossingen voor dit probleem is het verzamelen van de afgekoelde druppels op een speciaal georganiseerd vloeibaar vel. Het belangrijkste onderwerp van het artikel is om de hydrodynamische stabiliteit van een dergelijk vel in de open ruimte te bestuderen.

"Vloeibare films en vellen hebben de neiging om in druppeltjes te breken vanwege de Kelvin-Helmholtz-instabiliteit, geassocieerd met wrijving tussen lucht en vloeistof. Echter, deze handicap wordt geëlimineerd in de open ruimte; overeenkomstig, we moeten andere mogelijke mechanismen van instabiliteit en redenen voor vloeistoffragmentatie bestuderen. We hebben bepaald welke andere soorten instabiliteiten kunnen optreden in vloeibare vellen wanneer ze zich in vacuüm voortplanten, maar hun stroming is aanzienlijk niet-isotherm vanwege de warmtestraling van het plaatoppervlak, " verklaarde professor Alexander Osiptsov, een co-auteur van het werk en het hoofd van Laboratory for Mechanics of Multiphase Media, Onderzoeksinstituut voor mechanica, MSU.

Met behulp van de klassieke benaderingen van de theorie van hydrodynamische stabiliteit, de onderzoekers gaven een wiskundige verklaring voor het gedrag van een vacuüm-olieplaat in de open ruimte. Het bleek dat bij afwezigheid van het belangrijkste (Kelvin-Helmholtz) instabiliteitsmechanisme, andere instabiliteiten kunnen ontstaan, namelijk die geassocieerd met viscositeits- en oppervlaktespanningsgradiënten. Door de warmtestraling van het plaatoppervlak, temperatuurverschillen ontstaan ​​zowel langs het oppervlak van de plaat als daarbinnen. Beurtelings, deze temperatuurgradiënten veroorzaken ongelijkmatigheden in de viscositeit en oppervlaktespanning en het ontstaan ​​van nieuwe instabiliteitsmechanismen.

De wetenschappers beschreven het optreden van instabiliteiten in een vloeistofstroom vanuit wiskundig oogpunt, bestudeerde de ontwikkeling van korte- en langegolfverstoringen in de tijd, en bepaalden de meest 'gevaarlijke' van hen. Bij toekomstig werk, de wetenschappers zijn van plan de ontwikkeling van het theoretische model voort te zetten en meer gecompliceerde processen te beschrijven die zich in het systeem kunnen voordoen.

"Tegen deze tijd, we hebben alleen de beginfase bestudeerd, d.w.z. het gedrag van kleine storingen. We hebben de omstandigheden bepaald wanneer de verstoringen worden gedempt of groeien en de instabiliteitscriteria vastgesteld. In de toekomst, we zullen te maken krijgen met meer gecompliceerde problemen:om de ontwikkeling van verstoringen in het niet-lineaire stadium te bestuderen, om de tijdsintervallen te schatten waarin gebieden van ongelijkmatige dikte van de plaat of zelfs gaten erin worden gevormd, en om de mate van fragmentatie van het blad in druppels te vinden. En dat is het belangrijkste, we moeten leren het proces te beheersen en het bladstroomregime in de open ruimte te stabiliseren, ’ zei Osiptsov.