Физики НГУ исследуют кипение в условиях невесомости на МКС

Ученые впервые обнаружили новые эффекты при кипении в условиях невесомости на МКС Значительного прорыва в понимании фундаментальных процессов кипения добились ученые Впервые они наблюдали рост отдельного пузыря при кипении жидкости в условиях невесомости проходящем на Международной космической станции описали его и создали численные модели его роста Тем самым исследователи существенно продвинулись в понимании фундаментальных процессов кипения говорится в сообщении Новосибирского госуниверситета В вузе пояснили что в условиях невесомости при кипении жидкости пузыри не отрываются и не улетают а остаются на нагревателе и растут до необычных размеров Понимание этого процесса протекающего при отсутствии действия силы Архимеда и естественной конвекции позволит создавать более эффективные системы охлаждения для космических аппаратов и орбитальных станций Подписаться на РИА Новости

Физики Новосибирского университета существенно продвинулись в понимании фундаментальных процессов кипения благодаря эксперименту поставленному на Международной космической станции В специальной установке на борту МКС кипятили диэлектрическую жидкость FC 72 Исключив действие земной гравитации учёные смогли детально изучить рост одиночного пузырька пара на нагреваемой лазерным импульсом подложке и научились прогнозировать процесс роста таких пузырьков в условиях космоса Результаты исследования имеют как фундаментальное так и прикладное значение они например позволят повысить эффективность систем охлаждения космических аппаратов и орбитальных станций Наука рф Десятилетиенауки

Ученые Института теплофизики имени С С Кутателадзе СО РАН Новосибирского государственного университета совместно с коллегами из Франции и Бельгии выяснили как кипит жидкость в условиях невесомости На МКС они наблюдали что пузырьки пара на поверхности нагревателя растут дольше 9 секунд и достигают размеров в несколько сантиметров но не отрываются и не всплывают как это происходит на Земле Такие особенности кипения создают сухие пятна на поверхности где тепло не отводится что может привести к перегреву техники Исследование поддержано Российским научным фондом Сегодня на космических аппаратах используют в основном однофазные системы охлаждения теплоноситель например вода или аммиак нагревается и за счет своей теплоемкости отводит тепло от приборов На Земле же используются двухфазные системы где вещество существует и в виде жидкости и в виде пара В них применяется эффект испарения охлаждающей жидкости например воды циркулирующей внутри системы Такие системы более эффективны чем используемые в настоящее время в космосе Однако для того чтобы внедрить их например на Международной космической станции МКС необходимо понять как именно происходит кипение жидкости в невесомости В эксперименте ученые нагревали в замкнутом контейнере перфторгексан жидкость с низкой температурой кипения 56 C используемую для охлаждения электронных компонентов Съемка высокоскоростными камерами показала что без гравитации пузырьки пара не поднимаются вверх а растут на нагревателе и не отрываются Под ними образуются сухие пятна а теплоотдача происходит неравномерно оказалось что именно по линии контакта пузырька со стенкой идет наибольший отвод тепла В условиях недогрева исследователи заметили неожиданный эффект пузырьки не конденсировались и были крупнее чем предсказывала модель Причиной оказалось наличие около 1 растворенных газов которые не конденсируются С учетом этого ученые доработали модель и показали что термокапиллярная конвекция движение жидкости из за разницы сил поверхностного натяжения вызванной разностью температур стимулирует движение жидкости от нагреваемой стенки к вершине пузыря что делает теплообмен еще более интенсивным Новые данные а также разработанная авторами аналитическая модель кипения будут полезны при создании современных систем охлаждения электрических приборов на МКС и других космических станциях и аппаратах Теперь инженеры смогут учитывать влияние растворенных газов и изменение контактного угла пузырьков ключевых факторов для надежного отвода тепла и предотвращения перегрева приборов В дальнейшем мы планируем переходить к более сложным случаям большим тепловым потокам и недогреву жидкостей а также продолжим исследовать влияние неконденсирующихся газов на процесс кипения В настоящее время нет моделей описывающих влияние недогрева и неконденсирующихся газов на процесс кипения Их создание позволит прогнозировать эффективность систем охлаждения и рассчитать сколько тепла они способны отвести Также мы изучим как меняется контактный угол при кипении Этот угол определяет как пузырек касается поверхности и как на него влияет испарение Поскольку отводить тепло эффективнее в области контактной линии изменение контактного угла при кипении также важно учитывать для проектирования охлаждающих систем рассказывает руководитель проекта поддержанного грантом РНФ Федор Роньшин кандидат физико математических наук старший научный сотрудник лаборатории энергоэффективных технологий для наземных и космических применений Института теплофизики имени С С Кутателадзе Результаты опубликованы в Physics of Fluids и Applied Thermal Engineering Подробнее на сайте Российского научного фонда Видео рост пузыря в кипящей жидкости в невесомости Источник Федор Роньшин новостинауки РНФ инженерныенауки

Ученые НГУ впервые обнаружили новые эффекты при кипении жидкости в условиях невесомости на МКС Значительного прорыва в понимании фундаментальных процессов кипения добились ученые Физического факультета Новосибирского государственного университета и Института теплофизики им С С Кутателадзе СО РАН работая в составе одной из научных групп масштабного международного проекта RUBI Reference mUltiscale Boiling Investigation Впервые они наблюдали рост отдельного пузыря при кипении жидкости в условиях невесомости проходящим на МКС описали его и создали численные модели его роста Тем самым исследователи существенно продвинулись в понимании фундаментальных процессов кипения В ведущих международных журналах опубликованы две статьи представляющие детальный анализ этих уникальных экспериментов первая статья вторая статья Данные исследования проводились при поддержке Российского научного фонда в рамках грантов 21 79 10357 и 19 19 00695 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 Провести этот эксперимент на Земле не представлялось возможным потому что гравитация на нашей планете 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 Она обеспечивает особенно хорошую среду для изучения отдельных пузырьков пара зарождающихся на перегретой подложке и задействованных в этом механизмов 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 Процесс кипения используется во многих промышленных приложениях для устройств преобразования вещества и энергии Также мы можем наблюдать его и в природе например в геотермальных гейзерах или при извержении вулканов 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 Сложность состоит в том что 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 В невесомости пузырьки могут увеличиваться в размерах без преждевременного отрыва Таким образом можно наблюдать явления кипения в больших пространственных и временных масштабах с лучшим разрешением В то же время кипение в условиях невесомости само по себе является предметом исследования важным для космических миссий объяснил старший преподаватель Физического факультета НГУ Федор Роньшин Подробнее nsuniversity

Российские физики открыли новые эффекты при кипении жидкости в космосе В эксперименте использовался перфторгексан хладагент для электроники с низкой температурой кипения 56 C Жидкость нагревали в закрытом контейнере с высокоскоростными камерами и сенсорами Оказалось что в невесомости пузырьки пара не поднимаются вверх а растут на нагревателе и не отрываются это серьёзный риск перегрева для техники Новое исследование поможет сделать охлаждающие системы на МКС эффективнее На фото внутренности контейнера