Specialister i mekanik undersøgte vakuumoliens adfærd i rummet

Et forskerhold fra Research Institute of Mechanics, MSU sammen med en kollega fra Center of New Space Technologies, MAI beskrev adfærden af ​​et flydende ark, der forplanter sig i åbent rum. Resultaterne af undersøgelsen blev offentliggjort i Væskers fysik tidsskrift.

Under standardbetingelser, stabiliteten af ​​flydende ark afhænger generelt af deres interaktion med luften. Den dominerende effekt (den såkaldte Kelvin-Helmholtz ustabilitet) manifesterer sig på grund af væske-luft-friktionen. Forskellen i gasens og væskens hastigheder resulterer i begyndelsen af ​​krusninger, bølger, og dannelse af dråber nær væskeoverfladen. Vind-genererede bølger på overfladen af ​​vand er blandt de bedst kendte eksempler på denne ustabilitet. Artikelforfatterne studerede opførslen af ​​et flydende ark i vakuum, når der ikke opstår interaktion med miljøet. I undersøgelsen, forfatterne betragtede den såkaldte vakuumolie, dvs. en væske, hvis viskositet, varmeledningsevne, og overfladespændingskoefficienter varierer væsentligt med temperaturen. Sådanne væsker bruges i olie-damppumper, blandt andet.

At studere væskearkets adfærd i det åbne rum er relevant for udviklingen af ​​nye rumfartøjskøleteknologier. I fremtiden, såkaldte dråbekøleradiatorer kan bruges til at kontrollere det termiske regime af langtidsfartøjer. I disse enheder, væsken i kølesystemet er fragmenteret af specielle forstøvere og bliver til et lag af væskedråber, der bevæger sig i det åbne rum. Da laget af dråber har en stor udstrålende overflade, varmen frigives mere effektivt, og væsken afkøles mere intensivt. På samme tid, der opstår et alvorligt problem, da disse dråber skal opsamles, flydende, og vendte tilbage ombord på rumfartøjet. En af mulige løsninger på dette problem er at samle de afkølede dråber på et specielt organiseret flydende ark. Papirets hovedproblem er at studere den hydrodynamiske stabilitet af et sådant ark under åbne rumforhold.

"Flydende film og ark har en tendens til at blive brudt i dråber på grund af Kelvin-Helmholtz ustabilitet, forbundet med friktion mellem luft og væske. Imidlertid, dette handicap elimineres i det åbne rum; derfor, vi er nødt til at studere andre mulige mekanismer for ustabilitet og årsager til flydende fragmentering. Vi fastslog, hvilke andre typer ustabilitet der kan forekomme i flydende ark, når de formerer sig i vakuum, men deres strømning er betydeligt ikke-isotermisk på grund af varmestråling fra pladeoverfladen, " forklarede professor Alexander Osiptsov, medforfatter af værket og leder af Laboratory for Mechanics of Multiphase Media, Forskningsinstitut for Mekanik, MSU.

Ved hjælp af de klassiske metoder til hydrodynamisk-stabilitetsteori, forskerne gav en matematisk forklaring på den adfærd, der udvises af et vakuum-olieark i det åbne rum. Det viste sig, at i mangel af den vigtigste (Kelvin-Helmholtz) ustabilitetsmekanisme, andre ustabilitet kan udvikle sig, nemlig dem, der er forbundet med viskositets- og overfladespændingsgradienter. På grund af varmestrålingen fra pladeoverfladen, temperaturforskelle opstår både langs overfladen af ​​arket og inde i det. På tur, disse temperaturgradienter forårsager uensartetheder i viskositeten og overfladespændingen og begyndelsen af ​​nye ustabilitetsmekanismer.

Forskerne beskrev forekomsten af ​​ustabilitet i en væskestrøm fra det matematiske synspunkt, studeret udviklingen af ​​kort- og langbølgeforstyrrelser med tiden, og bestemte den mest 'farlige' af dem. I det fremtidige arbejde, forskerne planlægger at fortsætte udviklingen af ​​den teoretiske model og beskrive mere komplicerede processer, der kan forekomme i systemet.

"Nu, vi har kun studeret den indledende fase, dvs. små forstyrrelsers opførsel. Vi har fastlagt betingelserne, når forstyrrelserne dæmpes eller vokser, og har fastlagt ustabilitetskriterierne. I fremtiden, vi bliver nødt til at håndtere mere komplicerede problemer:at studere udviklingen af ​​forstyrrelser i det ikke-lineære stadium, at estimere de tidsintervaller, over hvilke områder med ujævn tykkelse af arket eller endda huller i det dannes, og for at finde hastigheden af ​​arkets fragmentering i dråber. Og det er vigtigst, vi er nødt til at lære at kontrollere processen og stabilisere arkflowet i åbent rum, sagde Osiptsov.