Исследователи из Томского политехнического университета (ТПУ) достигли значительного прогресса в понимании процесса испарения "сидячих капель". Эта работа, проведенная в лаборатории тепломассопереноса ТПУ, имеет широкий спектр потенциальных применений, от оптимизации сжигания топлива до совершенствования методов доставки лекарств.
Информация об этом исследовании была представлена в пресс-релизе Министерства науки и высшего образования Российской Федерации.
Дмитрий Антонов, доцент Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ и один из ключевых авторов исследования, подчеркнул уникальность разработанной математической модели. В отличие от существующих подходов, новая модель учитывает комплексные механизмы переноса тепла и массы, включая конвективный, диффузионный и межфазный перенос. Это позволяет более точно прогнозировать характеристики прогрева и испарения капель, что имеет важное значение не только для энергетической отрасли, но и для медицинских приложений, таких как изучение взаимодействия водоспиртовых растворов с биологическими тканями.
Эксперименты, проведенные учеными, были сосредоточены на изучении испарения бинарных "сидячих капель" воды и этанола. Исследователи варьировали концентрацию этанола от 0% до 10% и использовали пластину из алюминиево-магниевого сплава, нагретую до температур от 20 до 60 градусов Цельсия. Особое внимание было уделено подготовке поверхности пластины, которая была структурирована с помощью лазерного наносекундного текстурирования для создания гидрофобных свойств.
В ходе исследования ученым удалось установить важные закономерности в поведении капель при испарении. Они выявили временную зависимость между диаметром контактной области капли с пластиной, динамическим углом контакта и относительным объемом капли при различных температурах поверхности. Кроме того, были идентифицированы три различных режима испарения капли: растекание, закрепление и смешанный режим. Исследователи также предложили критерии перехода между этими режимами, основываясь на максимальной амплитуде колебаний в режиме закрепления.
Анастасия Исламова, еще один автор исследования и доцент той же школы ТПУ, отметила, что несмотря на значительное количество исследований в этой области, проведенных учеными по всему миру, полное понимание механизмов испарения бинарных жидкостей до сих пор отсутствовало в научной литературе. Именно поэтому команда ТПУ сосредоточилась на разработке новой достоверной модели сопряженного тепломассопереноса и испарения бинарной капли раствора воды и этанола, учитывающей различные концентрации компонентов и температуры поверхности.
Следующим этапом для исследователей станет изучение влияния шероховатости поверхности на динамику испарения капель нанолитровых размеров при повышенных температурах. Это дальнейшее углубление в тонкости процесса испарения может открыть новые перспективы для практического применения полученных знаний в различных технологических областях.
