Новосибирские ученые обнаружили новые эффекты при кипении жидкости в невесомости на МКС

Новосибирск. 23 сентября. ИНТЕРФАКС - Ученые Физического факультета Новосибирского государственного университета и Института теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН в рамках международного проекта RUBI (Reference mUltiscale Boiling Investigation) создали численную модель роста отдельного пузырька жидкости при кипении в невесомости,, сообщает пресс-служба НГУ.

"Впервые они наблюдали рост отдельного пузыря при кипении жидкости в условиях невесомости, проходящим на МКС, описали его и создали численные модели его роста. Тем самым исследователи существенно продвинулись в понимании фундаментальных процессов кипения. Это был первый подобный эксперимент с одиночным паровым пузырем на искусственном центре парообразования в тщательно контролируемых условиях на МКС, когда пузырек растет до больших размеров без отрыва и в отсутствии естественной конвекции.", - говорится в сообщении.

Международный масштабный проект был реализован на борту МКС международной научной группой под эгидой Европейского космического агентства. Для изучения отдельных пузырьков пара, зарождающихся на перегретой подложке, была создана и 6 лет назад доставлена на борт МКС установка многомасштабного кипения Reference mUltiscale Boiling Investigation (RUBI).

Провести этот эксперимент на Земле не представлялось возможным, потому что гравитация маскирует ключевые физические механизмы - пузыри быстро отрываются и уносятся силой Архимеда, а естественная конвекция существенно влияет на распределение температуры в жидкости.

Для формирования одиночного парового пузыря на искусственном центре парообразования использовался кратковременный (20 миллисекунд) импульс лазера. Далее пузырь уже растет под действием джоулева нагрева. Этот процесс и происходил внутри ячейки. Также установку оснастили микротермопарами, которые можно было поместить в различные места камеры, чтобы определить распределение температуры в жидкости. Также была предусмотрена возможность исследовать влияние сдвигового потока, с помощью которого можно было удалять пузыри. Кроме того, в камере имелся электрод, создающий электрическое поле, под действием которого пузырь мог отрываться от подложки (аналог силы Архимеда на Земле).

"Экспериментальные результаты подтверждаются численным моделированием на основе разработанной модели. Некоторые наблюдаемые явления, такие как отсутствие схлопывания пузырька и последующее возобновление его роста, оказались труднообъяснимыми без предположения о наличии неконденсирующихся газов, несмотря на тщательную дегазацию рабочей жидкости", - говорится в сообщении.

Ученые установили, что наличие даже небольшого количества растворенных газов (~1%) после тщательной дегазации положительно влияет на теплоотдачу за счет того, что перегретая жидкость распределяется вдоль пузырька, движется от нагревателя к верхней части пузыря и он не конденсируется, а продолжает испаряться и растет быстрее. При этом тепло отводится эффективнее.

Изучение роста пузыря в условиях невесомости без воздействия внешних сил является лишь частью исследования, которая на данный момент завершена. Однако эксперимент RUBI этим не ограничивался. Теперь ученым предстоит исследовать его в более сложных условиях - например, при воздействии электрического поля, при реализации метода удаления пузырей, при разной интенсивности электрического поля.

Отмечается, что процесс кипения используется во многих промышленных приложениях для устройств преобразования вещества и энергии, а также в природе - например, в геотермальных гейзерах или при извержении вулканов.