Ранее коллектив проделал аналогичную работу для маловязких жидкостей и показал «протыкание» воды в замедленной съемке. «Наша работа показывает, при каких условиях происходит разрыв жидкой пленки от удара капель и как его избежать; а эта проблема характерна не только для противообледенительной обработки поверхностей, — объясняет первый автор исследования, старший научный сотрудник Сколтеха Виктор Гришаев.
— Скажем, при распылении смазки на металлические детали работающего механизма падающие капли тоже могут оставить сухие участки, только они пострадают от трения, а не льда, но принцип тот же. Ещё пример: чтобы равномерно охлаждать раскаленную деталь распыляя на нее воду, нужно, чтобы от контакта с новыми каплями не нарушалась целостность еще не испарившегося слоя воды».
Есть три основных параметра, на которые можно повлиять с инженерной точки зрения. Во-первых, чем толще пленка, тем большего размера кратер от удара должен остаться, чтобы пробить в ней устойчивую брешь. При условии фиксированной толщины пленки ограничить энергию столкновения, а значит избежать формирования кратера критического размера, можно уменьшив или размер капли, или скорость ее падения.
«Наша наполовину эмпирическая модель связывает все эти параметры друг с другом, — рассказывает Гришаев. — Ее предсказания хорошо согласуются с экспериментом, причем теперь даже для случая вязкой жидкости — можете представить себе мед или смазочное масло. Дело в том, что в вязкой жидкости значительная часть энергии уходит на трение между молекулами в капле при деформируется от удара и в самой пленке при формировании кратера».
Обеспечивая более детальное понимание процесса взаимодействия падающих капель с жидкими пленками, исследование дает возможность усовершенствовать технологические процессы: обработку противообледенительным раствором корпуса самолета перед взлетом, охлаждения и смазка деталей. Представленное в пресс-релизе исследование профинансировано грантом № 19-79-10272 Российского научного фонда. Работа опубликована в журнале Fluids.