Специалисты Института теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН, проводившие эксперименты по термостабилизации чипов, заметили: в локально нагреваемой жидкости, стекающей под действием гравитации, возникают загадочные структуры, напоминающие некий рельеф или совокупность неровностей. Обнаруженное явление оказалось интересным для физиков и механиков. По сути открыт новый тип неустойчивости. Кроме того, предполагается, что эти структуры, их свойства можно использовать для интенсификации процессов тепло- и массообмена, в частности, в пленочных испарителях, широко применяемых, например, при производстве сахара, фруктовых и овощных соков, дистилляции морской воды.

К реализации проекта по изучению выявленных структур привлекли группу теоретиков из Института гидродинамики им. М. А Лаврентьева СО РАН, возглавляемую членом-корреспондентом РАН В. В. Пухначевым. Следующим шагом стала программа Copernicus, в которой приняли участие, в том числе, сотрудники Центра исследовании по микрогравитации при Свободном университете Брюсселя (Бельгия), занимающиеся космическими исследованиями и в то же время решающие конкретную задачу для пищевой промышленности.

Программу успешно выполнили в 2002 г.; по ее итогам перечисленные научные центры составили совместный доклад. На международной конференции по теплообмену в Гренобле (Франция) с сообщением выступил доктор физико- математических наук О. А. Кабов - руководитель российских экспериментаторов.

Полученные теоретические и практические результаты по осуществлению программы Copernicus стали основой для подготовки совместного проекта под названием "Рельеф", который планируется реализовать на международной космической станции "Альфа".

Почему же именно в космосе так важно изучать обнаруженные структуры? По мнению О. А. Кабова, жидкости и особенно двухфазные потоки сильно подвержены влиянию грави-

стр. 31

тации. Когда на земле исследуют происходящие с ними процессы, последние во многом определяет именно сила тяжести. Космические же эксперименты позволят реально увидеть "глазами" видеокамер, как ведут себя жидкости, и измерить параметры протекающих преобразований. Добытые данные помогут точнее спроектировать систему жизнеобеспечения космонавтов и несущих их кораблей. Кроме того, появится важная информация для усовершенствования земных технологий, более широкого взгляда на процессы, происходящие на земле, для развития самой науки.

В настоящее время теоретики решают очень сложную задачу - создают модели распада жидкости при неоднородном нагреве, струйном течении, а также ее поведения под действием гравитации и в невесомости. Здесь требуется учитывать множество факторов: изменение физических свойств жидкости, передачу тепла при разных условиях.

Одновременно экспериментаторы проверяют полученные модели и в Новосибирской лаборатории, и в Бельгии, где работает группа профессора Ж. - К. Легро. С этой целью опытный стенд привезли в Брюссель из Сибири. События фиксировала высокоскоростная цифровая видеокамера, что позволило сделать интересные наблюдения. Чтобы проследить движение жидкости, на ее поверхность бросали раздробленный алюминий и выявили: в определенном месте она как бы наталкивается на препятствие - частички расплываются вправо или влево. Небольшая часть жидкости переливается через этот "камень", а основная обтекает его с обеих сторон. Тут действуют различные силы - и инерции, и тяжести, и много других. Таким образом доказано, что существует точка стагнации, точнее, линия остановки, после которой жидкость движется вверх. Кстати, это было рассчитано теоретически, в частности группой В. В. Пухначева.

Уже многое известно о физике новых структур. Исследователи научились предсказывать, в какой момент они появляются для каждой специальной жидкости, их параметры, длину волны и что происходит на границе нагрева. Но еще не разработаны компьютерные модели этих структур, нельзя рассчитать динамику их возникновения и управлять ими. Почему они образуются - тоже до конца не ясно. Ответ могут дать лишь опыты в условиях микрогравитации.

К сказанному следует добавить: после упомянутой гренобльской конференции О. А. Кабов работал на борту летающей лаборатории. Это был подготовительный этап для совместного эксперимента "Рельеф".

Необычные экскурсы совершали над Атлантическим океаном вдоль побережья Франции. В переоборудованном пассажирском аэробусе моделировали условия космического пространства: когда он двигался вверх, возникала микрогравитация. Длилась она всего 20 - 22 с, поэтому исследователям надо было успеть "поймать" этот момент и занять места у стендов. Ведь после этого лайнер менял траекторию, устремлялся вниз, чтобы вновь начать подъем. И так -раз от раза.

В эксперименте участвовали не только физики, но и биологи, кинетики. Все измерения проводили с помощью датчиков, информацию записывал компьютер, кроме того, события, происходившие на борту, фиксировала видеокамера. В итоге, по словам О А Кабова, удалось наблюдать много новых режимов движения двухфазного потока. Но с результатами, полученными в ходе этих полетов, еще надо разобраться. Сейчас эта работа в самом разгаре. Впрочем, главная задача эксперимента, осуществленного летающей лабораторией, решена: проверена аппаратура в условиях невесомости.

"Наука в Сибири", 2003 г.

Материал подготовила О. В. БАЗАНОВА

Permanent link to this publication: