Журнал термодинамики и катализа
Открытый доступ

Абстрактный

Исследование влияния условий пониженной и микрогравитации на поведение одиночного пузырька (капли), закрепленного на твердой поверхности в жидкости

Михаэль Шойхедброд

Исследование поведения газового пузырька (капли) в условиях пониженной гравитации и микрогравитации может быть использовано при концептуальном проектировании системы управления газом и жидкостью на самолетах и ​​в космосе. Очень важно учитывать влияние измененных условий гравитации и микрогравитации на поведение газового пузырька (капли), закрепленного на твердой поверхности, так как это влияние может быть сильнее, чем воздействие других внешних сил. Основная цель настоящего исследования - исследовать влияние условий пониженной и микрогравитации на поведение одиночного пузырька (капли), закрепленного на твердой поверхности в жидкости. Разработаны новые математические методы для моделирования поведения газовых пузырьков (капель), закрепленных на твердой поверхности в жидкости в условиях пониженной и микрогравитации. Эти методы были использованы для моделирования поведения профилей газовых пузырьков (капель) и расчета изменения их общей поверхностной энергии в условиях пониженной, повышенной и микрогравитации. Модель также использовалась для оценки условий отрыва и закрепления пузырьков (капель) на твердой поверхности в этих условиях. Численные расчеты разработанной модели позволили установить, что в условиях пониженной гравитации газовый пузырек (капля) «приподнят» на твердой поверхности в жидкости и его общая поверхностная энергия свободна. Газовые пузыри с объемами (например) от 1,9 до 2,2 см3 отрываются от твердой поверхности и их свободная энергия преобразуется в кинетическую энергию прыжка пузырька сверху на дно жидкости. Газовые пузыри с объемами от 2,3 до 2,8 см3 закреплялись на твердой поверхности и их свободная энергия расходуется на колебания газовых пузырьков у твердой поверхности. В условиях повышенной гравитации газовый пузырек (капля) «укладывается» на твердой поверхности в жидкости и его общая поверхностная энергия не является свободной и расходуется на колебания пузырьков (капель) у твердой поверхности.

Теоретические выводы и численные расчеты разработанной модели подтверждены на проведенных испытаниях параболического самолета. Испытания показали, что разработанная модель позволяет корректно моделировать поведение профилей газовых пузырьков и капель, изменение их общей поверхностной энергии и оценивать условия их отрыва и закрепления на твердой поверхности в условиях пониженной и микрогравитации. Компьютерные методы модели позволяют моделировать поведение пузырьков и капель при различных внешних силовых воздействиях в условиях микрогравитации (g=0) при их рассмотрении. Кроме того, использование разработанной модели позволяет управлять поведением газовых пузырьков и капель в условиях микрогравитации путем контролируемого изменения поверхностного натяжения и угла сцепления (воздействие неполярных реактивов).