Физико-математическую модель, которая позволяет рассчитать длину скольжения капель воды при их соударении с наклонной водоотталкивающей поверхностью, разработали ученые Томского политехнического университета (ТПУ) и Института теплофизики СО РАН. Исследование поможет создавать новые антиобледенительные составы и покрытия, например, для самолетостроения, ветроэнергетики и строительства скоростных поездов, сообщили ТАСС в пресс-службе вуза.

В пресс-службе отметили, что обледенение является актуальной проблемой в авиационной промышленности. Накопление льда на поверхности лопастей ветровых турбин и крыльев самолетов снижает аэродинамическую эффективность. Одним из способов предотвращения обледенения деталей самолетов является придание их поверхности супергидрофобности. Водоотталкивающий эффект достигается за счет микро- и наношероховатостей, а также нанесения различных химических составов.

"Ученые разработали физико-математическую модель, которая позволяет быстро и точно рассчитать длину скольжения капли воды до отскока после удара о наклонную водоотталкивающую поверхность. Разработанный подход имеет практическое значение для технологий производства и эксплуатации самоочищающихся, противообледенительных, противообрастающих и водоотталкивающих покрытий для различных отраслей промышленности, например, для самолетостроения, ветроэнергетики и строительства скоростных поездов", - сказано в сообщении.

В исследовании физики предложили уникальный подход к моделированию максимального диаметра растекания капель воды, учитывающий проникновение жидкости в микроразмерные неоднородности текстур поверхности. Кроме того, ученые доказали, что физико-математическая модель позволяет использовать прогнозные значения максимального диаметра растекания при моделировании скольжения капли до отскока. Погрешность расчетов составляет допустимые 10-20%.

На сегодняшний день ученые работают над физико-математической моделью, которая могла бы учитывать еще больше факторов, влияющих на прогноз поведения капель жидкости. Например, была увеличена скорость соударения капель воды с водоотталкивающей поверхностью до 20 м/с с использованием разработанной аэрогидродинамической трубы открытого типа, имитируя реальные сценарии соударения капель с функциональными конструкциями - попадание осадков на лопасти ветряков, элементы летательных аппаратов и так далее. Новое исследование также учитывает естественные температурные режимы, исследователи начали охлаждать поверхность соударения и дозируемую воду до низких температур, как это происходит в природе.

Исследование поддержано грантом РНФ. В нем принимали участие сотрудники и учащиеся Научно-образовательного центра И. Н. Бутакова Инженерной школы энергетики ТПУ, Института теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН и Новосибирского государственного университета. Результаты работы опубликованы в журнале International Journal of Multiphase Flow (Q1, IF: 3.6).