Текст уведомления здесь

В МГУ изучили поведение жидкости в космосе

Ученые стали лучше понимать, какие конкретно процессы происходят с жидкостью при сверхнизких давлениях.
Добавить в закладки
Комментарии

Исследователи из МГУ им. М.В. Ломоносова и МАИ описали стабильность тонкого слоя в жидкости в вакууме, а также условия, при которых она может нарушаться. Поведение жидкостей в вакууме потенциально интересно для целого ряда приложений, включая принципиально новые системы охлаждения в космической технике. Соответствующая статья опубликована в Physics of Fluids.

В земных условиях стабильность тонких слоев жидкости обычно зависит от их взаимодействия с окружающим воздухом — трения на границе двух сред. Поскольку скорость распространения колебаний в газе и жидкости разная, на такой границе часто возникают круги, волны и отдельные капли. Куда хуже с теоретической и практической точки зрения понятно, что происходит с тонким слоем жидкости в вакууме, где взаимодействия с воздухом нет. В новой работе ученые изучили поведение так называемого вакуумного масла, используемого в масляных вакуум-насосах.

В последние годы в России активно прорабатывается (главным образом на бумаге, так как полномасштабные испытания в космосе требуют средств) новый метод охлаждения космических аппаратов — капельный. Он необходим в рамках разработки так называемого ядерного буксира — аппарата, использующего ядерный реактор и питаемый им комплект электрореактивных двигателей. За счет большей скорости ядерный буксир может достигнуть других тел Солнечной системы намного быстрее существующих химических ракет. Однако его реактор выделяет много тепла, которое нужно как-то отводить, а большого запаса хладагента на борту космического корабля быть не может.

В рамках капельного охлаждения предполагается формировать из хладагента капли, выпускаемые в вакуум. Поверхность небольших капель по отношению к их объему очень велика, поэтому они могут быстро охладиться за счет излучения в пространство. Но вслед за этим капли надо как-то собрать для повторного использования как хладагента. Один из подходов к их сбору — использование тонкого слоя жидкости, который «ловил» бы капли.

Авторы новой работы изучили гидродинамическую стабильность такого тонкого слоя жидкости в условиях вакуума. Им удалось дать математическое описание слоя жидкости в безвоздушном пространстве. Оказалось, что, даже несмотря на отсутствие взаимодействия с воздухом, нестабильность в слоях жидкости все же может возникнуть. За счет того, что одна их часть нагрета сильнее, а другая — слабее, на поверхности тонкого слоя жидкости может различаться как вязкость, так и градиент поверхностного натяжения (то есть в одном месте натяжение будет больше, а в другом — меньше).

Расчеты позволили предсказать, при каких условиях возможно появление нестабильности в таком слое на протяжении как длительных, так и кратких отрезков времени. Пока ученые добились ясности лишь в отношении небольших нестабильностей, не угрожающих разрушением слоя жидкости. Однако в дальнейшем авторы данной работы намерены рассмотреть и более серьезные нестабильности, угрожающие серьезной дестабилизацией слоя жидкости и превращением его в отдельные капли.

Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы