​Ученые из Новосибирского госуниверситета, Томского политехнического университета и Южного методистского университета США разработали новую модель для объяснения поведения капель над горячими жидкостями.

Этой теме была посвящена статья, опубликованная в высокорейтинговом журнале Physical Review Letters, кроме того, результаты исследования освещены в популярном американском журнале Physics World.

Если внимательно посмотреть на чашку горячего кофе или чая, можно увидеть белый туман, парящий над поверхностью. Считается, что это капли конденсата, которые, как известно физикам, могут левитировать над поверхностью горячей жидкости. Иногда левитирующие капли могут даже сформировать упорядоченную гексагональную структуру, когда они висят в воздухе. Это явление имеет важные последствия для термодинамики испарения, а также может иметь целый ряд применений от химического производства до медицины (взаимодействие аэрозолей с дыхательными путями).

Специалисты лаборатории энергонапряженных тепловых процессов НГУ, входящей в САЕ «Низкоразмерные гибридные материалы», во главе с профессором Олегом Кабовым (зав. лабораторией Института теплофизики СО РАН) и вместе с учеными из Томского политехнического исследовательского университета, а также Южного методистского университета США наблюдали массив мелких капель над горячей твердой поверхностью. На основе этих наблюдений они разработали новую модель для объяснения эффекта, который, как они говорят, позволит также лучше понять поведение капель над нагретыми жидкостями.

Левитация капель над горячими сухими поверхностями называется эффектом Лейденфроста, и большинство предыдущих исследований было сделано при температурах значительно превышающих точку кипения жидкости. Команда ученых из России и США провела свои эксперименты на медных блоках, нагретых до 85 °C. Это позволило частично покрыть поверхность тонким слоем воды и дало возможность исследовать левитацию как на влажных, так и на сухих поверхностях. Использовался микроскоп, подключенный к высокоскоростной камере, которая отображала область размером около 1 мм в поперечнике.

Эксперимент начался с меди, покрытой однородным слоем воды глубиной 400 мкм. На первом этапе струя воздуха локально обдувала поверхность, создавая сухой участок диаметром около 750 мкм. Затем включалась нагретая поверхность, и капли начинали образовываться над жидким слоем. Некоторые из этих капель затем мигрировали в сухой участок, где они левитировали и, к удивлению исследователей, начали формировать упорядоченные структуры примерно с такими же параметрами, как и над поверхностью жидкости.

Ученые обратили внимание, что температура поверхности намного ниже, чем обычная «температура Лейденфроста», поэтому пришлось разработать новую модель для объяснения левитации на сухой поверхности с более низкой температурой. Согласно их теории, пар, вытекающий из капли и отражающийся от поверхности меди, вызывает левитацию. Ученые также считают, что отток пара создает отталкивающее взаимодействие между каплями, что приводит к образованию регулярных массивов капель.

Как только они разработали свою модель для сухих поверхностей, Олег Кабов и коллеги вернулись к анализу капель над нагретой поверхностью жидкости и пришли к выводу, что новые математические методы описания взаимодействия капель с сухой поверхностью можно также применить к случаю левитации над нагретой смоченной поверхностью. В результате были получены оценки высоты левитации для этого случая.


 

Похожие новости

  • 12/05/2016

    Ученые представили результаты анализа всех доступных данных по измерению осцилляций Bs-мезонов

    Коллектив ученых из эксперимента LHCb на Большом адронном коллайдере, в состав которого входит группа из Новосибирского государственного университета и Института ядерной физики СО РАН, выяснил, с какой вероятностью B0s-мезон, состоящий из прелестного антикварка и странного кварка, превращается в свою античастицу и наоборот.
    733
  • 31/10/2016

    Сибирский ученый представил результаты исследований на конференции по когерентной и нелинейной оптике

    ​С каждым годом учёные приближаются к созданию квантового компьютера, в том числе и специалисты из Новосибирского государственного университета и Института физики полупроводников (ИФП) СО РАН. Результаты последних достижений новосибирских физиков в области создания квантового компьютера были представлены на Международной конференции по когерентной и нелинейной оптике ICONO/LAT 2016, которая прошла в Минске.
    1140
  • 07/09/2017

    Ученые соберутся в новосибирском Академгородке обсудить будущие эксперименты на МКС

    ​11-15 сентября в Институте теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН и НГУ состоится конференция "Двухфазные системы для космического и наземного применения" ("Two-PhaseSystems for Space and Ground Applications").
    312
  • 02/02/2017

    Эксперимент LHCb получил первое указание на нарушение симметрии между материей и антиматерией в распадах барионов

    ​Участники эксперимента LHCb на Большом адронном коллайдере (БАК), в том числе сотрудники лаборатории физики тяжелых кварков в адронных взаимодействиях Новосибирского государственного университета, получили первое указание на нарушение симметрии между материей и антиматерией в распадах барионов.
    418
  • 25/05/2017

    Большой адронный коллайдер возобновил сбор данных

    На Большом адронном коллайдере (БАК) закончились технические работы и модернизация — он возобновил сбор данных, в трех экспериментах на коллайдере участвуют исследователи НГУ и ИЯФ СО РАН. Планируемая остановка на технические работы на БАК случается в начале каждого года.
    472
  • 02/12/2016

    Ученые обнаружили неожиданный эффект в экспериментах с терагерцовым излучением

    ​Российско-немецкая группа исследователей изучает свойства полупроводниковых структур под воздействием электромагнитного излучения терагерцового диапазона.  Учёные исследовали образцы легированного сурьмой германия на лазерах на свободных электронах в Новосибирске и Дрездене.
    767
  • 14/08/2017

    Новосибирские ученые приняли участие в разработке лазерной системы для Airbus и Европейского космического агентства

    Представители двух крупных европейских организаций – Эрбас и Европейского космического агентства – посетили Академгородок для тестирования заказанной ими лазерной системы, в разработке и создании которой приняли участие сотрудники НГУ.
    222
  • 29/11/2016

    Новосибирские ученые будут сотрудничать с Севастопольским государственным университетом

    ​В сотрудничестве с Севастопольским государственным университетом в сфере энергоэффективности заинтересованы крупные предприятия энергетической отрасли.  С представителями власти, науки и промышленности Сибирского региона встретился профессор кафедры «Возобновляемые источники энергии» Института ядерной энергии и промышленности СевГУ Владимир Сафронов на XII Новосибирском инновационно-инвестиционном форуме по направлению «Инновационная энергетика».
    669
  • 26/08/2016

    Ученые СО РАН представили результаты работы на Международной конференции в области высоких энергий

    ​Специалисты Новосибирского государственного университета и Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН приняли участие в 38-й Международной конференции в области физики высоких энергий в Чикаго (ICHEP-2016).
    1378
  • 26/05/2017

    Статья новосибирского ученого о новом типе волоконных лазеров опубликована в журнале Nature Communications

    ​​Заведующий лабораторией волоконных лазеров НГУ, старший научный сотрудник ИАиЭ СО РАН Дмитрий Чуркин вместе с коллегами из Университета Астон Марией Сорокиной и Шурикантом Сугаванамом опубликовали работу, посвященную актуальной теме: исследованию спектральных корреляций в случайном волоконном лазере.
    457