Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) создали полное математическое описание процесса распыления воды. Как ожидается, новый способ позволит улучшить технологии пожаротушения, сообщают РИА Новости со ссылкой на ТПУ и журнал Powder Technolog.
Во ходе исследования, как отмечается в издании Powder Technolog, ученые, чтобы изучить трансформации поверхности капель воды и водных суспензий, растворов и эмульсий, подвергающихся воздействию набегающего воздушного потока, использовали высокоскоростную систему видеозаписи. Параметры эксперимента варьировались в следующих пределах: 0,3–3 мм для начального радиуса капли; 0,5–50 м/с для скорости воздушного потока; 10 об.% для относительной объемной концентрации жидких добавок к воде; 10 мас.% для относительной массовой доли твердых частиц по отношению к воде; 80–140 мкм для размера твердых частиц; 5–50 градусов по Цельсию для температуры капли.
По словам профессора Научно-образовательного центра И.Н. Бутакова ТПУ, доктора физико-математических наук Павла Стрижака, дробление капель эмульсий, жидкостей, суспензий и растворов позволяет кратно увеличить площадь поверхности их испарения.
«Используя данный эффект, можно за счет изменения конструкции и положения распрыскивателей значительно повысить эффективность большого числа систем, от пожаротушения до тепловой энергетики, использующей водяной пар», – цитируют РИА Новости профессора.
Один из авторов исследования, приглашенный инженер-исследователь ТПУ Иван Войтко, сообщил, что в ходе работы ученые определили времена трансформации и распада капель под действием аэродинамических сил. Удалось впервые найти точные значения критических критериальных чисел Вебера и Рейнольдса с учетом капиллярности и чисел Онезорге и Лапласа. Это дает возможность математически описать весь процесс дробления капель, а значит, внести корректировки в существующие методы распыления.
Кроме того, полученные данные помогут увеличить тепловую мощность двигателей сгорания и топок котельных, поднять теплопоглощение в теплообменных системах в 3-5 раз.