Ученые ТПУ продемонстрировали, как у капель появляются «пальцы»

Исследователи из Томского политехнического университета вместе с коллегами из Института теплофизики провели исследование. Они с помощью математических расчетов выяснили, как и при каких условиях деформируются капли воды при ударе о твердую поверхность.

Результаты исследования могут помочь в будущем решить задачи вычислительной гидродинамики. Это позволит создать новые технологии струйной печати, распыления краски и противообледенения.

Результаты совместной работы ученых опубликованы в журнале International Communications in Heat and Mass Transfer.

Капли жидкости взаимодействуют с поверхностями, и изучение этого процесса важно для понимания многих явлений в природе и технике.

Сегодня наиболее эффективными методами исследования этого взаимодействия являются компьютерное моделирование и видео- или фотосъемка с последующей обработкой. Иногда требуются дополнительные методы исследования.

Ученые из Томского политеха совместно с коллегами из Института теплофизики СО РАН создали компьютерную модель, которая показывает, как образуются «пальцы» и происходит растекание капли при ударе о твердую поверхность. Чтобы проверить точность модели, ученые сравнили ее с результатами экспериментов.

В ходе экспериментов мы изучали, как ведут себя капли воды и их части, например, края капель, когда они растекаются по поверхности. Мы смотрели, как они меняют свою форму в зависимости от того, какая поверхность под ними, и от размера и скорости капель изначально.

Понимание того, почему у капель появляются «пальцы», когда они растекаются, поможет нам лучше понять, как жидкости взаимодействуют с поверхностями.

В нашем исследовании мы использовали только воду, но метод, который мы разработали, можно применить и к другим жидкостям и поверхностям, — отмечает один из авторов исследования, доцент Научно-образовательного центра И.Н. Бутакова ТПУ Максим Пискунов.

Исследователи разработали новый метод, который учитывает угол смачивания. Этот угол зависит от того, как быстро растекается капля воды и как она реагирует на воздействие в момент максимального растекания.

Ученые внесли изменения в функцию Хоффмана, чтобы она точнее предсказывала максимальное растекание капли. Новая численная модель лучше прогнозирует, как меняется край капли до того, как она максимально растечется.

Также исследователи выяснили, как меняется форма капли при столкновении, совершенном во время падения с разной скоростью.

Если капля сталкивается с чем-то на небольшой скорости (меньше 0,5 метра в секунду), она остается круглой. Если скорость удара умеренная (от 1,2 до 2 метров в секунду), капля становится многоугольной. А если удар очень быстрый (больше 3 метров в секунду), на капле появляются «пальцы».

Оказалось, что количество «пальцев» зависит от угла, под которым капля ударяется о поверхность. Например, „пальцы“ могут появиться, если у капли выпуклый край, когда она ударяется на небольшой скорости.

Мы смогли точнее подсчитать, сколько «пальцев» у капель. Созданный нами метод позволяет очень точно наносить капли жидкости на определенные поверхности. Это приближает процесс деформации капли и ее нанесения к реальным рабочим процессам.

Кроме того, наше исследование показало, что результаты можно использовать для создания покрытий и слоев. При переносе на реальное производство мы можем регулировать детализацию и качество процесса, — отмечает один из авторов исследования, старший научный сотрудник лаборатории физической гидродинамики Института теплофизики СО РАН Иван Вожаков.

В будущем ученые хотят продолжить исследования. Они будут изучать, как неровности на стенках влияют на каплю жидкости и ее «поведение». Исследователи также планируют подробнее рассмотреть процессы, которые происходят рядом с местом, где капля соприкасается с поверхностью.

Ранее ученые выяснили, почему капли воды не соединяются на масляной поверхности.

28.01.2025


Подписаться в Telegram



Хайтек

От идеи до Росатома: история успеха проекта RSP
От идеи до Росатома: история успеха проекта RSP

В НИЯУ МИФИ создали онлайн-сервис —...

CARMA II — автономный робот, который делает ядерные объекты безопаснее
CARMA II — автономный робот, который делает ядерные объекты безопаснее

Передовая роботизированная система CARMA II ус...

Нейросети будущего: поляритоны в СПбГУ бьют рекорды точности
Нейросети будущего: поляритоны в СПбГУ бьют рекорды точности

Ученые из Санкт-Петербургского государств...

MIT учит дронов избегать столкновений: новый метод GCBF+
MIT учит дронов избегать столкновений: новый метод GCBF+

Инженеры из MIT придумали, как сдела...

Фокус на будущее: киноформные линзы меняют правила игры
Фокус на будущее: киноформные линзы меняют правила игры

Сотрудники лаборатории 3D-печати функциональны...

Российский минерал совершил революцию в мире двумерных материалов
Российский минерал совершил революцию в мире двумерных материалов

Ученые Томского политехнического университета ...

Свет из земли: как глина превратилась в дисплей
Свет из земли: как глина превратилась в дисплей

Мир дисплеев скоро изменится благодаря новым м...

В МИФИ создан радиоизотопный прибор для отечественной металлургии
В МИФИ создан радиоизотопный прибор для отечественной металлургии

В Национальном исследовательском ядерном униве...

Преодоление физических барьеров: на пути к новым квантовым технологиям
Преодоление физических барьеров: на пути к новым квантовым технологиям

Комментирует профессор Майя Вергниори, которая...

Впервые в России: в Катайске начали выпуск уникальных насосов
Впервые в России: в Катайске начали выпуск уникальных насосов

Катайский насосный завод, который находится в&...

Ученые ТПУ продемонстрировали, как у капель появляются «пальцы»
Ученые ТПУ продемонстрировали, как у капель появляются «пальцы»

Исследователи из Томского политехническог...

Science Advances: Ученые сумели подключить электроды к клеткам
Science Advances: Ученые сумели подключить электроды к клеткам

Исследователям из Университета Линчепинга...

Small Methods: Сублимация кристаллов диарилэтена — контроль над формой
Small Methods: Сублимация кристаллов диарилэтена — контроль над формой

Фотомеханические материалы из фотохромных...

Квантовые датчики обеспечат технологическую революцию к 2045 году
Квантовые датчики обеспечат технологическую революцию к 2045 году

Квантовые датчики находятся в авангарде т...

Стало известно, зачем ЕС инвестирует 24 млн евро в полупроводники
Стало известно, зачем ЕС инвестирует 24 млн евро в полупроводники

Европейский союз предпринимает решительные шаг...

В МИФИ создали интеллектуальную систему контроля работы 3D-принтеров
В МИФИ создали интеллектуальную систему контроля работы 3D-принтеров

Сотрудники Снежинского физико-технического инс...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Платиновая корона и танец молекул: как газы меняют структуру материала
Платиновая корона и танец молекул: как газы меняют структуру материала
PRSBBS: Почему макаки чешутся перед плохими решениями
PRSBBS: Почему макаки чешутся перед плохими решениями
13 миллиардов лет назад: как темная материя управляла галактиками
13 миллиардов лет назад: как темная материя управляла галактиками
Луна, птицы и бактерии: как наука стала главным героем дня в Казани
Луна, птицы и бактерии: как наука стала главным героем дня в Казани
День науки в КАИ: двигатели, стартапы и квантовые технологии
День науки в КАИ: двигатели, стартапы и квантовые технологии
Ферменты против похмелья: как новый сенсор изменит медицину и не только
Ферменты против похмелья: как новый сенсор изменит медицину и не только
Сок под микроскопом: ученые научились ловить опасный гербицид за 20 минут
Сок под микроскопом: ученые научились ловить опасный гербицид за 20 минут
Молодые ученые против COVID-19 и хронических ран: как открытия изменят медицину
Молодые ученые против COVID-19 и хронических ран: как открытия изменят медицину
Питомниковый кашель больше не проблема: появились быстрые тесты для собак
Питомниковый кашель больше не проблема: появились быстрые тесты для собак
10 секунд до чистоты: история устройства, которое изменило дезинфекцию
10 секунд до чистоты: история устройства, которое изменило дезинфекцию
Сорняк-разрушитель или лекарство будущего: ученые открыли секрет рейнутрии
Сорняк-разрушитель или лекарство будущего: ученые открыли секрет рейнутрии
CARMA II — автономный робот, который делает ядерные объекты безопаснее
CARMA II — автономный робот, который делает ядерные объекты безопаснее
Энергия будущего: низкотемпературная плазма и ее невероятные возможности
Энергия будущего: низкотемпературная плазма и ее невероятные возможности
От идеи до Росатома: история успеха проекта RSP
От идеи до Росатома: история успеха проекта RSP
От лаборатории к реальности: как кристаллы времени заряжают мир
От лаборатории к реальности: как кристаллы времени заряжают мир

Новости компаний, релизы

Школьников и студентов Хабаровского края приглашают написать всероссийский диктант «Наука во имя Победы»
Три представительницы Республики Татарстан стали победителями Всероссийского конкурса Знание.Лектор
Калужан приглашают к участию в XIII сезоне Международного инженерного чемпионата CASE-IN
В Калуге обсудили меры поддержки молодых учёных региона
Молодых и заслуженных ученых наградили в Хабаровске