Un equipo de investigación del Instituto de Investigación de Mecánica, MSU junto con un colega del Centro de Nuevas Tecnologías Espaciales, MAI describió el comportamiento de una hoja líquida que se propaga en espacios abiertos. Los resultados del estudio se publicaron en el Física de fluidos diario.

En condiciones estándar, la estabilidad de las láminas líquidas depende generalmente de su interacción con el aire. El efecto predominante (la llamada inestabilidad de Kelvin-Helmholtz) se manifiesta debido a la fricción líquido-aire. La diferencia en las velocidades del gas y el líquido da como resultado la aparición de ondas, ondas, y la formación de gotitas cerca de la superficie del líquido. Las olas generadas por el viento en la superficie del agua se encuentran entre los ejemplos más conocidos de esta inestabilidad. Los autores del artículo estudiaron el comportamiento de una lámina líquida al vacío, cuando no se produce interacción con el medio ambiente. En el estudio, los autores consideraron el llamado aceite al vacío, es decir, un líquido cuya viscosidad, conductividad térmica, y los coeficientes de tensión superficial varían sustancialmente con la temperatura. Estos líquidos se utilizan en bombas de vapor de aceite, entre otras cosas.

Estudiar el comportamiento de la lámina líquida en espacios abiertos es relevante para el desarrollo de nuevas tecnologías de enfriamiento de naves espaciales. En el futuro, Los denominados radiadores de refrigeración por gotas pueden utilizarse para controlar el régimen térmico de naves espaciales de misión larga. En estos dispositivos, el líquido del sistema de enfriamiento se fragmenta mediante atomizadores especiales y se convierte en una capa de gotas de líquido que se mueven en el espacio abierto. Dado que la capa de gotitas tiene una gran superficie radiante, el calor se libera de manera más eficiente y el líquido se enfría más intensamente. Al mismo tiempo, surge un problema grave, ya que estas gotas deben recogerse, licuado y regresó a bordo de la nave espacial. Una de las posibles soluciones a este problema es recoger las gotas enfriadas en una hoja de líquido especialmente organizada. El tema principal del artículo es estudiar la estabilidad hidrodinámica de dicha hoja en condiciones de espacio abierto.

"Las películas y láminas líquidas tienden a romperse en gotitas debido a la inestabilidad de Kelvin-Helmholtz, asociado con la fricción entre el aire y el líquido. Sin embargo, esta discapacidad se elimina en espacios abiertos; respectivamente, necesitamos estudiar otros posibles mecanismos de inestabilidad y las razones de la fragmentación del líquido. Determinamos qué otros tipos de inestabilidades pueden ocurrir en las láminas líquidas cuando se propagan en el vacío, pero su flujo es considerablemente no isotérmico debido a la radiación de calor de la superficie de la hoja, "explicó el profesor Alexander Osiptsov, coautor del trabajo y responsable del Laboratorio de Mecánica de Medios Multifásicos, Instituto de Investigaciones de Mecánica, MSU.

Utilizando los enfoques clásicos de la teoría de la estabilidad hidrodinámica, los investigadores dieron una explicación matemática del comportamiento exhibido por una lámina de aceite al vacío en el espacio abierto. Resultó que en ausencia del mecanismo de inestabilidad principal (Kelvin-Helmholtz), pueden desarrollarse otras inestabilidades, a saber, los asociados con los gradientes de viscosidad y tensión superficial. Debido a la radiación de calor de la superficie de la hoja, Las diferencias de temperatura surgen tanto a lo largo de la superficie de la hoja como en su interior. Sucesivamente, estos gradientes de temperatura provocan irregularidades en la viscosidad y tensión superficial y la aparición de nuevos mecanismos de inestabilidad.

Los científicos describieron la aparición de inestabilidades en un flujo de líquido desde el punto de vista matemático, estudió el desarrollo de perturbaciones de onda corta y larga con el tiempo, y determinó el más "peligroso" de ellos. En el trabajo futuro, los científicos planean continuar el desarrollo del modelo teórico y describir los procesos más complicados que pueden ocurrir en el sistema.

"Por ahora, hemos estudiado solo la etapa inicial, es decir, el comportamiento de pequeñas perturbaciones. Hemos determinado las condiciones en las que las perturbaciones se amortiguan o crecen y hemos establecido los criterios de inestabilidad. En el futuro, tendremos que lidiar con problemas más complicados:estudiar el desarrollo de perturbaciones en la etapa no lineal, estimar los intervalos de tiempo en los que se forman áreas de grosor no uniforme de la hoja o incluso agujeros en ella, y encontrar la tasa de fragmentación de la hoja en gotitas. Y eso es lo más importante, tenemos que aprender a controlar el proceso y estabilizar el régimen de flujo de hojas en espacios abiertos, "dijo Osiptsov.