Томская область. Разработка будет полезна в сфере авиастроения, ветроэнергетики и железнодорожного транспорта.
Фото: pxhere.com
Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) совместно с Институтом теплофизики СО РАН создали уникальную физико-математическую модель, которая позволяет рассчитывать длину скольжения капель воды при их столкновении с наклонной водоотталкивающей поверхностью. Разработка найдет применение в создании инновационных антиобледенительных покрытий для авиастроения, ветроэнергетики и железнодорожного транспорта, рассказали в пресс-службе ТПУ.
Обледенение остается серьезной проблемой для многих отраслей, особенно для авиации и ветроэнергетики. Лед на крыльях самолетов или лопастях ветряных турбин ухудшает их аэродинамические характеристики, что может привести к снижению эффективности и безопасности. Одним из решений является использование супергидрофобных покрытий, которые отталкивают воду благодаря микро- и наноструктурам поверхности, обработанным специальными химическими составами.
Разработанная модель позволяет с высокой точностью прогнозировать поведение капель воды при ударе о наклонную поверхность, определяя, как далеко капля скользит перед отскоком. Этот подход имеет важное значение для проектирования самоочищающихся, антиобледенительных и водоотталкивающих покрытий, которые могут использоваться в экстремальных условиях эксплуатации, таких как высокоскоростные поезда или элементы ветрогенераторов.
Особенностью исследования стало моделирование максимального диаметра растекания капель с учетом их проникновения в микротекстуры поверхности. Ученые подтвердили, что модель обеспечивает точные прогнозы с погрешностью всего 10–20%, что делает ее надежным инструментом для инженерных расчетов.
На следующем этапе исследований ученые тестируют модель в условиях, максимально приближенных к реальным. С помощью аэрогидродинамической трубы открытого типа они увеличили скорость соударения капель до 20 м/с, имитируя попадание осадков на элементы самолетов или ветряков. Также были учтены низкие температуры: поверхность и капли охлаждались, чтобы воспроизвести естественные условия обледенения.
Проект реализован при поддержке гранта Российского научного фонда (РНФ). В работе участвовали специалисты Научно-образовательного центра И. Н. Бутакова ТПУ, Института теплофизики СО РАН и Новосибирского государственного университета. Результаты исследования опубликованы в престижном научном журнале International Journal of Multiphase Flow.
