Кипящая жидкость в условиях почти невесомости удивила учёных
Учёные обнаружили неожиданное поведение кипящей жидкости в условиях почти невесомости. При снижении гравитации кипение сначала эффективнее отводит тепло, но при слишком сильном нагреве охлаждение резко перестаёт справляться с нагрузкой.
Исследователи из Университета Флориды изучали кипение жидкого азота во время параболических полётов, имитирующих условия микрогравитации. Результаты сравнили с экспериментами при нормальной земной гравитации.
На Земле пузырьки пара под действием силы тяжести отделяются от нагретой поверхности и всплывают. В микрогравитации они остаются рядом с поверхностью, поэтому начинают формироваться раньше и могут эффективнее отводить тепло. Учёные предполагают, что между пузырьком и нагревателем сохраняется очень тонкий слой жидкости, который способствует передаче тепла.
Однако при дальнейшем увеличении тепловой нагрузки преимущество исчезает. Пузырьки начинают объединяться, всё сильнее покрывают нагретую поверхность и препятствуют контакту с жидкостью. В результате охлаждение становится нестабильным.
Предельная тепловая нагрузка жидкого азота в условиях микрогравитации оказалась примерно на 65% ниже, чем при обычной гравитации.
Важной особенностью эксперимента стала специально подготовленная поверхность нагревателя. Исследователи использовали кремниевую пластину с покрытием из диоксида кремния, практически лишённую микроскопических дефектов. Это позволило исключить влияние неровностей поверхности на образование пузырьков.
Результаты могут помочь при проектировании систем охлаждения космической техники и хранении криогенного топлива. В частности, учёные планируют исследовать, можно ли с помощью специальной структуры и химического состава поверхности отложить начало кипения топлива в космических баках.
Исследование в журнале npj Microgravity.