Амелюшкин Иван Алексеевич, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, и. о. нач. отдела аэрофизики многофазных течений, разреженных газов и плазмы ЦАГИ; программист МФТИ,
г. Жуковский;
г. Долгопрудный.
Ivan A. Amelyushkin, Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Senior Researcher, Acting Head of the Department of Aerophysics of Multiphase Flows, Rarefied Gases and Plasma at TsAGI; Programmer at MIPT,
Zhukovsky; Dolgoprudny.
Кривопалова Елена Викторовна, инженер ЦАГИ,
г. Жуковский.
Elena V. Krivopalova,
Engineer of TsAGI,
Zhukovsky.
Кудров Максим Александрович, кандидат технических наук, доцент, директор Института аэромеханики и летательной техники, заведующий лабораторией информационных технологий и прикладной математики МФТИ,
г. Долгопрудный.
Maxim A. Kudrov, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Director of the Institute of Aeromechanics and Flight Engineering, Head of the Laboratory of Information Technology and Applied Mathematics at MIPT,
Dolgoprudny.
Управление взаимодействием жидкости с поверхностью представляет большой интерес в широком спектре областей практических приложений: возможность полной защиты летательных аппаратов от обледенения, снижение коэффициента трения на десятки процентов, увеличение расхода жидкости в трубах и каналах; при этом модели ряда приведенных выше процессов далеки от своего завершения. В настоящей работе описаны режимы обтекания жидкостью гидрофобного тела, содержащего в порах воздух, в приложении к задачам противодействия обледенению летательных аппаратов и снижения трения жидкости при обтекании ею твердых тел. Получены аналитические выражения расхода жидкости в каналах, смазка на стенках которых обеспечивает скольжение, а также оценки параметров вымывания слоя воздушной смазки из пор гидрофобного покрытия. На примерах течения между плоскостями и в цилиндрической трубе показано влияние толщины слоя смазки на расход жидкости, в частности, показана возможность его увеличения на несколько десятков процентов за счет скольжения. Разработана физико-математическая модель расчета элементарного акта взаимодействия молекулы потока с твердым телом в целях сокращения времени молекулярного моделирования при учете важных физических особенностей. Получены оригинальные выражения коэффициентов отскока молекул от поверхности твердого тела в зависимости от его физических свойств и температуры. Развиты модели взаимодействия на примере молекулы воды и твердого тела из алюминия, получены значения коэффициентов изменения скорости молекул при соударении. На основе анализа известных экспериментальных данных показана зависимость угла смачивания капель воды на плоской поверхности от температуры Дебая материала. Полученные результаты и развитые математические модели могут быть использованы при создании покрытий, препятствующих обледенению летательных аппаратов или полностью устраняющих его, в частности образования барьерного льда при течении затвердевающих жидкой пленки и капель на поверхности обтекаемых элементов летательного аппарата.
Managing the interaction of liquids with surfaces is of great interest over a wide range of practical applications: the possibility of aircraft complete ice protection, a reduction of the friction coefficient by tens of percent, an increase in fluid flow in pipes and channels; however, the models of a number of the above processes are far from completion. This paper describes the flow modes of liquid around a hydrophobic body containing air in its pores in application to problems of aircraft icing and reducing liquid friction when it flows around solid bodies. Analytical expressions for liquid flow in channels, where lubrication on the walls allows for sliding, have been obtained, as well as estimates of parameters for washing away of the air lubrication layer from the pores of the hydrophobic coating. Using examples of flow between plates and in a cylindrical pipe, the influence of the lubrication layer thickness on fluid flow is shown, specifically demonstrating the potential increase in flow by several tens of percent due to sliding. A physical-mathematical model has been developed for calculating the elementary interaction act of a flow molecule with a solid body to reduce the time of molecular simulation while taking into account important physical features. New original analytical expressions for the rebound coefficients of molecules from the surface of a solid body have been obtained, depending on its physical properties and temperature. Interaction models have been developed using the example of water molecule and solid aluminum body, with values of the velocity change coefficients for molecular during collision obtained. Based on an analysis of known experimental data, the dependence of the contact angle of water droplets on a flat surface on the Debye temperature of the material has been demonstrated. The results obtained and the developed mathematical models can be used to create coatings that prevent or completely eliminate aircraft icing, particularly the formation of barrier ice during the flow of solidifying liquid film and droplets on the surfaces of streamlined elements of the aircraft.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.