В ходе численного исследования ученые ТПУ совместно с коллегами из Института теплофизики СО РАН проанализировали математически процесс деформации капель воды при столкновении с твердым покрытием, выявив условия его протекания. Результаты могут быть полезны для решения задач вычислительной гидродинамики, таких как разработка новых технологий струйной печати, нанесения лакокрасочных изделий и предотвращения наледи.
Совместные исследования учёных опубликованы в журнале. Международные связи в области тепло- и массообмена. (Q1, IF: 6,4).
В Томском политехе учёные лаборатории тепломассопереноса, вместе с коллегами из Института теплофизики СО РАН, создали численную модель формирования «пальцев» и динамики растекания капли при её ударе о твёрдую поверхность.
В экспериментах капля и её части, например, обод растекающейся капли, деформируются по-разному в зависимости от свойств стенки и начальных параметров капли (скорости и диаметра). Понимание процесса деформации капли, например, появления «пальцев» при растекании вдоль поверхности, поможет лучше понять физику взаимодействия жидкостей и поверхностей. В данном исследовании использовалась только вода, но разработанный метод может быть адаптирован под другие жидкости и поверхности, — отмечает доцент Научно-образовательного центра И.Н. Бутакова ТПУ Максим Пискунов.
Разработанный численный подход учитывает контактный угол смачивания, который определяется скоростью линии контакта растекающейся капли воды и гистерезисом контактного угла в прерывистой функции Хоффмана в момент максимального растекания капли вдоль поверхности.
Ученые выявили закономерности расчета деформации капель. Исследования показали: форма капли и образование на ней «пальцев» зависят от скорости соударения. При взаимодействии с низкой скоростью (менее 0,5 метра в секунду) пятно капли сохраняет форму круга. При умеренной скорости (от 1,2 до 2 метров в секунду) капля образует многоугольник. При высокой скорости (больше 3 метров в секунду) на капле образуются «пальцы».
Исследование установило, что число и форма «пальцев» зависят от угла контакта. При малых скоростях удара капли с выпуклым ободом формируют «пальцы».
Численное исследование позволило оценить количество «пальцев» у капель с точностью до 7%. Разработанный метод обеспечивает высокую прецизионность осаждения капель жидкости на поверхности, приближая процесс деформации одиночной капли и нанесения ее на поверхность к реальным рабочим процессам. Исследование также показало возможность масштабирования результатов до покрытий и слоев, регулируя детализацию и качество при переносе на реальный производственный процесс.
Ученые в будущем планируют продолжить исследование, изучив влияние шероховатости стенок на формирование критической длины волны и количество «пальцев» при деформации капли жидкости и ее обода.
Томский политехнический университет распространил информацию.
Источник фото: ru.123rf.com