В рамках работы, проведенной в НИИ механики МГУ, было исследовано дробление капель воды в процессе движения двухфазного потока через сверхзвуковое сопло. Специалисты определили, как число Маха и давление воды воздействуют на распределение капель по их размерам. В процессе изучения установлено, что применение высокоскоростных газожидкостных потоков способно уменьшать аэродинамический нагрев. Данная разработка может быть использована при создании систем тепловой защиты проточных частей авиационных и стационарных энергоустановок. Результаты исследования опубликованы в журнале Scientific Visualization.
На начальном этапе исследования была разработана методика теневой визуализации, и проанализировано поведение капель воды при распылении форсункой в условиях, имитирующих атмосферу. После этого форсунки были размещены в форкамеру аэродинамической трубы. С помощью теневого метода регистрировалось мгновенное состояние капель при их движении через узкое сечение и расширяющуюся зону сопла. Для освещения применялся импульсный лазер двойной структуры. Подсветка фона осуществлялась с использованием экрана, рассеивающего свет и содержащего люминофор, а цифровая камера с микроскопическим объективом позволяла фиксировать капли диаметром от 5 микрометров. Анализ полученных теневых изображений позволяет с высокой точностью определять размеры и расположение капель, что является важным для решения задач аэротермодинамики потоков, состоящих из двух фаз.
«Применение высокоскоростных газожидкостных потоков способно уменьшить аэродинамический нагрев. При небольшой массовой концентрации жидкости, составляющей до 1%, капли оказывают незначительное воздействие на характеристики основного потока, при этом они могут достигать очень низких температур. Так, при числе Маха, равном 3, температура потока может уменьшиться до примерно 100 К при начальной температуре 293 К. Тем не менее, это сопряжено с трудностями, связанными с созданием капель требуемого размера и их последующим осаждением на охлаждаемую поверхность» , — по словам старшего научного сотрудника лаборатории аэродинамики больших скоростей и термогазодинамики НИИ механики МГУ Сергей Попович.
Данные результаты применимы для проверки корректности математических моделей, описывающих распыление жидкости форсунками, и для вычисления параметров двухфазного потока в соплах.
Данная работа была осуществлена в рамках государственного задания, выполняемого НИИ механики МГУ (номер АААА-А19-119012990115-5).
Информация предоставлена пресс-службой МГУ