|
|
|
|
|
|
Главная / Новости / Отрасли ТЭК / Ученые создали модель для борьбы с обледенением лопастей ветряков и крыльев самолетов
15:05, 9 Мая 25
Альтернативная энергетика Россия Ученые создали модель для борьбы с обледенением лопастей ветряков и крыльев самолетов  Исследование поможет создавать новые антиобледенительные составы и покрытия, например, для ветроэнергетики, авиационной промышленности и строительства скоростных поездов.
Ученые Томского политехнического университета совместно с коллегами из Института теплофизики СО РАН разработали физико-математическую модель, которая позволяет рассчитать длину скольжения капель воды при их соударении с наклонной водоотталкивающей поверхностью.
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.
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%.
«На данный момент модель учитывает определенный широкий набор влияющих факторов, с учетом этих факторов и установленных границ применимости модель надежно прогнозирует поведение капли при соударении с наклонной водоотталкивающей стенкой. Добавление дополнительных факторов, которые действительно могут внести свой вклад в течение жидкости, следует учесть отдельно. Например, разный размер капель воды и материал покрытия учтен в модели, а вот вклад температуры поверхности в течение жидкости может быть критическим, изменяя прогнозы модели. Установление вклада температуры является темой нашего текущего исследования», — отметил Максим Пискунов.
На сегодняшний день ученые работают над физико-математической моделью, которая могла бы учитывать еще больше факторов, влияющих на прогноз поведения капель жидкости. Например, была увеличена скорость соударения капель воды с водоотталкивающей поверхностью до 20 м/с с использованием разработанной аэрогидродинамической трубы открытого типа, имитируя реальные сценарии соударения капель с функциональными конструкциями — попадание осадков на лопасти ветряков, элементы летательных аппаратов и так далее. Новое исследование также учитывает естественные температурные режимы, исследователи начали охлаждать поверхность соударения и дозируемую воду до низких температур, как это происходит в природе.
В исследованиях принимали участие сотрудники и учащиеся Научно-образовательного центра И.Н. Бутакова Инженерной школы энергетики ТПУ, Института теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН и Новосибирского государственного университета. Исследование поддержано грантом РНФ.
Источник: пресс-служба Томского политехнического университета
Все новости за сегодня (51)
|
 Кафедра ядерных реакторов МИФИ отмечает 80-летие
Кафедра №5, изначально – кафедра прикладной ядерной физики, а в настоящее время – кафедра теоретической и экспериментальной физики ядерных реакторов, занимает особое место в истории НИЯУ МИФИ. |
|
О проекте
Размещение рекламы на портале
Баннеры и логотипы "Energyland.info" |
|
