Результаты работы опубликованы в журнале International Journal of Multiphase Flow (Q1, IF: 3.6).
Обледенение является актуальной проблемой в авиационной промышленности. Накопление льда на поверхности лопастей ветровых турбин и крыльев самолетов снижает аэродинамическую эффективность. Одним из способов предотвращения обледенения деталей самолетов является придание их поверхности супергидрофобности.
Супергидрофобными называют поверхности твердых материалов, при контакте с которыми капли воды принимают шарообразную форму и склонны к отскоку от объекта. Водоотталкивающий эффект достигается за счет микро- и наношероховатостей, а также нанесения различных химических составов.
Ученые разработали физико-математическую модель, которая позволяет быстро и точно рассчитать длину скольжения капли воды до отскока после удара о наклонную водоотталкивающую поверхность. Разработанный подход имеет практическое значение для технологий производства и эксплуатации самоочищающихся, противообледенительных, противообрастающих и водоотталкивающих покрытий для различных отраслей промышленности, например, для самолетостроения, ветроэнергетики и строительства скоростных поездов.
"С точки зрения физики наш метод представляет из себя механистическое описание вовлеченных процессов и определение влияющих факторов, а связанная с ней математическая часть представляет набор алгебраических выражений, математических предположений и упрощений, характеризующихся новизной,
— рассказывает соавтор исследования, доцент Научно-образовательного центра И.Н. Бутакова Максим Пискунов..
Для разработки модели физики использовали четыре пластины из титана с поверхностью, которую микротекстурировали лазером и покрыли фторполимерным составом. Далее ученые фиксировали поведение капель воды при столкновении с поверхностью.
«Для достижения супергидрофобных свойств были разработаны различные паттерны текстурирования поверхности. Корректная характеристика свойств и параметров поверхностей и ее интерпретация в ходе совместных плодотворных обсуждений играла важную роль при разработке модели течения жидкости», — отметил соавтор исследования, старший научный сотрудник ИТ СО РАН Иван Вожаков.
В своем исследовании физики предложили уникальный подход к моделированию максимального диаметра растекания капель воды, учитывающий проникновение жидкости в микроразмерные неоднородности текстур поверхности. Кроме того, ученые доказали, что физико-математическая модель позволяет использовать прогнозные значения максимального диаметра растекания при моделировании скольжения капли до отскока. Погрешность расчетов составляет допустимые 10-20%.