Un gruppo di ricerca dell'Istituto di ricerca di meccanica, MSU insieme a un collega del Centro di nuove tecnologie spaziali, MAI ha descritto il comportamento di un foglio liquido che si propaga in uno spazio aperto. I risultati dello studio sono stati pubblicati nel Fisica dei fluidi rivista.

In condizioni standard, la stabilità dei fogli liquidi dipende generalmente dalla loro interazione con l'aria. L'effetto predominante (la cosiddetta instabilità di Kelvin-Helmholtz) si manifesta per l'attrito liquido-aria. La differenza delle velocità del gas e del liquido provoca l'insorgenza di increspature, onde, e la formazione di goccioline vicino alla superficie del liquido. Le onde generate dal vento sulla superficie dell'acqua sono tra gli esempi più noti di questa instabilità. Gli autori dell'articolo hanno studiato il comportamento di un foglio liquido nel vuoto, quando non si verifica alcuna interazione con l'ambiente. Nello studio, gli autori consideravano il cosiddetto olio sottovuoto, cioè un liquido la cui viscosità, conduttività termica, e i coefficienti di tensione superficiale variano sostanzialmente con la temperatura. Tali liquidi sono utilizzati nelle pompe olio-vapore, tra l'altro.

Lo studio del comportamento del foglio liquido nello spazio aperto è importante per lo sviluppo di nuove tecnologie di raffreddamento dei veicoli spaziali. Nel futuro, i cosiddetti radiatori di raffreddamento a goccia possono essere utilizzati per controllare il regime termico dei veicoli spaziali a lunga missione. In questi dispositivi, il liquido del sistema di raffreddamento viene frammentato da speciali atomizzatori e si trasforma in uno strato di goccioline liquide che si muovono nello spazio aperto. Poiché lo strato di goccioline ha una grande superficie radiante, il calore viene rilasciato in modo più efficiente e il liquido viene raffreddato più intensamente. Allo stesso tempo, sorge un problema serio, poiché queste gocce devono essere raccolte, liquefatto, ed è tornato a bordo della navicella spaziale. Una delle possibili soluzioni a questo problema è quella di raccogliere le gocce raffreddate su un foglio liquido appositamente organizzato. Il problema principale dell'articolo è quello di studiare la stabilità idrodinamica di un tale foglio in condizioni di spazio aperto.

"Le pellicole e i fogli liquidi tendono a rompersi in goccioline a causa dell'instabilità di Kelvin-Helmholtz, associato all'attrito tra aria e liquido. Però, questa disabilità viene eliminata nello spazio aperto; di conseguenza, occorre studiare altri possibili meccanismi di instabilità e le ragioni della frammentazione dei liquidi. Abbiamo determinato quali altri tipi di instabilità possono verificarsi nei fogli liquidi quando si propagano nel vuoto, ma il loro flusso è notevolmente non isotermico a causa dell'irradiazione di calore dalla superficie del foglio, " ha spiegato il professor Alexander Osiptsov, coautore dell'opera e responsabile del Laboratorio di Meccanica dei Mezzi Multifase, Istituto di Ricerca di Meccanica, MSU.

Utilizzando gli approcci classici della teoria della stabilità idrodinamica, i ricercatori hanno fornito una spiegazione matematica del comportamento mostrato da un foglio di olio sottovuoto nello spazio aperto. Si è scoperto che in assenza del meccanismo di instabilità principale (Kelvin-Helmholtz), possono svilupparsi altre instabilità, vale a dire quelli associati ai gradienti di viscosità e tensione superficiale. A causa della radiazione termica dalla superficie del foglio, le differenze di temperatura si verificano sia lungo la superficie del foglio che al suo interno. A sua volta, questi gradienti di temperatura causano disuniformità nella viscosità e nella tensione superficiale e l'insorgenza di nuovi meccanismi di instabilità.

Gli scienziati hanno descritto il verificarsi di instabilità in un flusso di liquido dal punto di vista matematico, studiato lo sviluppo di disturbi a onde corte e lunghe nel tempo, e ha determinato il più "pericoloso" di loro. Nel lavoro futuro, gli scienziati intendono continuare lo sviluppo del modello teorico e descrivere i processi più complicati che possono verificarsi nel sistema.

"Da adesso, abbiamo studiato solo la fase iniziale, cioè il comportamento di piccoli disturbi. Abbiamo determinato le condizioni in cui i disturbi si attenuano o crescono e abbiamo stabilito i criteri di instabilità. Nel futuro, avremo a che fare con problemi più complessi:studiare lo sviluppo dei disturbi nella fase non lineare, stimare gli intervalli di tempo durante i quali si formano aree di spessore non uniforme del foglio o addirittura fori in esso, e per trovare il tasso di frammentazione del foglio in goccioline. E questo è più importante, dobbiamo imparare a controllare il processo e stabilizzare il regime di flusso del foglio in spazio aperto, " disse Osiptsov.