Немецкие учёные раскрыли тайну падающих капель и нашли ключ к пониманию жидких потоков

12.02.2025 18:30:00 | iXBT.com

Учёные из Ахенского университета в Германии провели детальное исследование процесса формирования и падения капель жидкости с поверхности, что может иметь важное значение для различных отраслей промышленности. Аспирантка Атефе Пур Карими вместе с коллегами из Института тепло- и массопереноса изучила динамику этого явления.

Несмотря на кажущуюся простоту, процесс образования и падения капель до сих пор не был полностью изучен. Понимание сложных взаимодействий между силами, участвующими в этом процессе, может помочь в проектировании структурированных насадок для градирен, где необходимо стимулировать образование капель в потоке жидкости, а также в разработке покрытий для поддержания гладкой поверхности.

Капли масла, образующиеся на волокне и падающие с него, демонстрируют два различных механизма поведения. Источник: Benoit Scheid / The European Physical Journal Special Topics (2025). DOI: 10.1140/epjs/s11734-024-01457-z

Кроме того, исследование имеет практическое применение в создании сеток для сбора чистой воды из тумана или росы в регионах с ограниченными водными ресурсами. Эти устройства основаны на понимании того, как вода конденсируется на волокнах и стекает в накопительные резервуары.

В ходе эксперимента учёные наблюдали за потоком масла, стекающего по наклонным волокнам. Они варьировали толщину плёнки и угол наклона, чтобы изучить различные сценарии поведения жидкости.

Пур Карими объясняет: «Образование капель в текущей плёнке контролируется взаимодействием гравитации, поверхностного натяжения, инерции и вязкостных сил. С математической точки зрения это поведение можно описать как хаотическое, где небольшие изменения параметров приводят к непредсказуемым результатам».

Исследователи наблюдали, как масло сначала стекает по волокнам в виде плоской плёнки, а затем собирается в капли или бусины. Эти образования могут оставаться стабильными на волокнах, сталкиваться и сливаться или расти до тех пор, пока не станут достаточно большими, чтобы отделиться и упасть.

Для характеристики формы капель учёные ввели новый параметр – угловое соотношение Φ. Это позволило точно предсказывать поведение каждой капли. «Мы предполагаем, что значение Φ и, следовательно, поведение каждой капли определяется доминирующей силой, влияющей на её формирование», – добавляет Пур Карими.

Теперь исследователи планируют подтвердить свои предположения с помощью математических моделей, основанных на теоретических расчётах. Это исследование может открыть новые возможности для оптимизации промышленных процессов и разработки более эффективных технологий сбора воды в засушливых регионах.

Подробнее