Учёные ТПУ изучили испарение бинарных сидячих капель

Учёные Томского политехнического университета исследовали, как происходит испарение на гидрофобных поверхностях бинарных сидячих капель. Результаты исследования помогут улучшить технологию сжигания топлива и разработать методы адресной доставки лекарств.

Сидячие капли — это те, что находятся на твёрдой поверхности.

Учёные из разных стран проводили исследования испарения капель жидкости на твёрдой поверхности. Однако полного понимания механизмов испарения бинарных жидкостей нет.

Мы разработали новую модель сопряжённого тепломассопереноса и испарения капли раствора воды и этанола с разной концентрацией последнего при варьировании температуры поверхности, — отмечает один из авторов исследования, доцент Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Анастасия Исламова.

Учёные ТПУ провели эксперименты: они исследовали испарение капель воды и этанола с концентрацией от 0 до 10% на пластине из алюминиево-магниевого сплава, которую нагревали от 20 до 60 ℃.

Поверхность пластины была подготовлена с помощью лазерного наносекундного текстурирования. В результате исследования политехники установили зависимость между диаметром контактной области капли с пластиной, динамическим углом контакта и относительным объёмом капли при трёх температурах пластины. Также они выявили три режима испарения капли: растекание, закрепление и смешанный режим. Учёные предложили критерии перехода между этими режимами.

Мы разработали математическую модель прогрева и испарения капли жидкости. Она учитывает конвективный, диффузионный и межфазный перенос тепла и массы в жидкости при испарении. Это позволит прогнозировать характеристики прогрева и испарения капель, — отмечает один из авторов исследования, доцент Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Дмитрий Антонов

Наша модель может быть полезна для создания технологий эффективного сжигания топлива, а также в медицине при изучении взаимодействия водоспиртовых растворов с биологическими тканями человека или животных и разработке методов адресной доставки лекарств в составе водоспиртового раствора.

Следующий этап исследования — изучение влияния шероховатости поверхности на динамику испарения нанолитровых капель при повышенных температурах.

Результаты работы ученых опубликованы в журнале International Journal of Heat and Mass Transfer (Q1, IF: 5.0).

01.08.2024