Экспериментальное

Экспериментальное исследование параметров кольцевых
пристенных пленок смесей вода-этанол при взаимодействии с
высокоскоростным спутным потоком газа при истечении в
вакуум.
Автор: Павел Романович Вотинов, ФЛА, гр. ГСМ-51
Научный руководитель: Вячеслав Николаевич Ярыгин, д.т.н., профессор.
Задача об истечении жидкостей и газожидкостных смесей в вакуум представляет как
фундаментальный, так и практический интерес.
В фундаментальном плане важны исследования физических процессов и явлений,
сопровождающих истечение жидкости в вакуум – мгновенное вскипание, распад на капли,
фазовые переходы на поверхности и внутри капель, взаимодействие капель со
сверхзвуковым газовым потоком.
Для практических приложений истечение жидкости в вакуум представляет интерес, в
частности, для космической техники с точки зрения загрязнения поверхностей
космических аппаратов при работе дренажных устройств, двигателей управления и
ориентации, систем дозаправки и т.д.
Течение тонких пленок – это широкая область фундаментальных и прикладных
исследований.
В основной части работ, посвященных изучению вопроса течения тонких пленок,
рассматриваются гравитационные пленки и (или) пленки при низких скоростях спутного
потока газа.
Исследований посвященных совместному истечению пристенной пленки жидкости с
высокоскоростным спутным потоком газа очень мало. В основном они обусловлены
космическими приложениями.
К числу таких относятся выполненные ранее в Институте теплофизики им. С.С.
Кутателадзе СО РАН работы, посвященные решению проблемы внешнего загрязнения
Международной космической станции (МКС) струями двигателей ориентации, в которых
топливная пленка используется для охлаждения стенок сопла.
A – осадок ПНС на поверхности
поручня,
B – осадки ПНС на экране блока
двигателей крена
Рис.1 Загрязнение в зонах работы космонавтов на СМ МКС.
Как говорилось выше, струйное истечение газа в вакуум было предметом
многочисленных экспериментальных и теоретических исследований, но задача
совместного истечения газового потока с жидкостью, в частности с пристенной пленкой,
до сих пор недостаточно изучена.
Особенностью данной задачи является то, что в связи с сильным падением давления в
спутном потоке газа при движении внутри сопла, жидкость может стать мгновенно
«перегретой», что приводит к интенсивному кипению пленки жидкости даже при
комнатной температуре.
А также к ее взрывообразному распаду на капли при попадании в вакуумную камеру с
давлением существенно ниже давления насыщенных паров жидкости.
Рис. 2. Истечение пристенной пленки:
a – этанола в атмосферу, b – этанола в вакуум, с – воды в вакуум.
Эксперименты проводятся на вакуумной установке «ВИКИНГ» с помощью датчиков
емкостного типа (по методике, разработанной в лаборатории Автоматизированных систем
научных исследований Института теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)
Рис.3 Общий вид установки «ВИКИНГ»
Рис.4 Схема установки емкостных датчиков
Выводы:
1. Проведен цикл экспериментальных исследований по взаимодействию спутного
газового потока с пристенной пленкой жидкости смеси (объемная концентрация 50%).
2. Измерены локальные параметры пленки смеси «вода-этанол», а именно толщина и
скорость.
3. Проведено сравнение результатов для смеси «вода-этанол» с раннее полученными
результатами для чистых жидкостей.
Ближайшие цели:
1. Проведение экспериментов с пленками с различными концентрациями (75%, 25%)
2. Исследование процесса фазового перехода при истечении пристенной пленки смеси
«вода-этанол» из канала в вакуум.