Ученые физического факультета Новосибирского государственного университета и Института теплофизики СО РАН впервые они изучили рост отдельного пузыря при кипении жидкости в условиях невесомости.
Данный международный масштабный проект был реализован на борту МКС международной научной группой под эгидой Европейского космического агентства. Для изучения отдельных пузырьков пара, зарождающихся на перегретой подложке, была создана и доставлена на борт МКС установка многомасштабного кипения Reference mUltiscale Boiling Investigation (RUBI).
Во время одного из экспериментов, проведенного на борту Международной космической станции, они впервые смогли наблюдать рост отдельного пузыря при кипении жидкости в условиях невесомости, описали его и создали численные модели его роста.
Провести этот эксперимент на Земле невозможно, потому что гравитация маскирует ключевые физические механизмы — пузыри быстро отрываются и уносятся силой Архимеда, а естественная конвекция существенно влияет на распределение температуры в жидкости. Благодаря невесомости, МКС стала «идеальной лабораторией», позволившей пузырям оставаться на нагревателе и расти до необычных в земных условиях размеров.
Это был первый подобный эксперимент с одиночным паровым пузырем на искусственном центре парообразования в тщательно контролируемых условиях на МКС, когда пузырек растет до больших размеров без отрыва и в отсутствии естественной конвекции. Исследование существенно продвинуло знания о фундаментальных процессах кипения. В ведущих международных журналах опубликованы две статьи, представляющие детальный анализ этих уникальных экспериментов.
«Исследований процесса кипения в науке было проведено огромное множество, но при этом учеными рассматривались интегральные параметры кипения, имеющие решающее значение для инженерных задач. Как элементарный процесс кипения можно рассматривать и рост отдельного пузырька, поэтому для детального изучения механизмов кипения целесообразно сосредоточиться именно на отдельных пузырьках. Ранее в невесомости этого никто не делал ввиду сложности самого процесса: физика кипения зависит от многих факторов, и, несмотря на многочисленные длительные исследования, до сих пор нет полного понимания всех многомасштабных явлений. Внести ясность в их понимание могут как раз эксперименты в условиях невесомости», – цитирует пресс-служба НГУ сотрудника физического факультета Федора Роньшина.
Изучение роста пузыря в условиях невесомости без воздействия внешних сил лишь часть исследования, которая на данный момент завершена. Однако эксперимент RUBI этим не ограничивался. Теперь ученым предстоит исследовать его в более сложных условиях — например, при воздействии электрического поля, при реализации метода удаления пузырей, при разной интенсивности электрического поля. Полученные результаты будут иметь как фундаментальное значение для физики тепломассообмена и кипения, так и прикладное — они позволят создать более эффективные системы охлаждения для космических аппаратов и орбитальных станций, где кипение является перспективным методом отвода высоких тепловых потоков в условиях невесомости.
Фото с сайта Новосибирского госуниверситета