Как измеряют аэрозоли и изучают процессы на границе воздуха и воды?
В гидрофизическом комплекте ИПФ РАН провели три уникальных эксперимента. Исследования проходили на уникальной научной установке - ветроволновом большом опытовом термостатифицированном бассейне. Руководителем одного из проектов является Иван Кабардин, старший научный сотрудник ИТ СО РАН и НГУ.
Тема проекта: Развитие оптико-электронных методов измерения через многофазный барьер при исследовании дисперсной составляющей в экспериментах по моделированию природных и технических гидродинамических систем
Что такое многофазный барьер и почему измерения через него представляют сложную задачу?
Многофазный барьер возникает там, где в потоке присутствуют пузырьки, пена или другие гидродинамические структуры, мешающие прохождению света. Для оптических методов это серьёзное ограничение, поэтому приходится разрабатывать специальные измерительные системы и зонды, позволяющие работать в таких условиях. Подобные задачи встречаются во многих технических приложениях, поэтому развитие этих методов сегодня очень актуально.
Какие оптико-электронные методы вы развиваете в рамках проекта?
В первую очередь это метод лазерной доплеровской анемометрии, которая позволяет измерять скорость частиц по эффекту Доплера. Его развитие – метода фазовой доплеровской анемометрии, с помощью которого можно определять не только скорость, но и размеры частиц.
Кроме того, мы развиваем зондовые методы для работы с непрозрачными многофазными потоками, где обычные оптические измерения невозможны.
Где такие методы могут применяться?
Практически везде, где есть многофазные потоки: в энергетике, химической промышленности, биотехнологиях. Например, в биореакторах важно контролировать распределение пузырьков газа в непрозрачной среде. У нас уже есть опыт работы с промышленными биореакторами с использованием собственных измерительных систем.
Какие результаты вы рассчитываете получить в ходе работы на установке?
С одной стороны, мы продолжаем совершенствовать приборы и доводить их до промышленных решений. С другой – наши измерения необходимы для проверки и уточнения численных моделей.
Сейчас одна из ключевых задач – научиться надёжно измерять капли размером от 1 до 50 микрон. Именно такие частицы играют важную роль в процессах тепло- и массообмена, в том числе при моделировании ураганов.
Какие параметры дисперсной фазы необходимо фиксировать во время эксперимента?
Основные параметры – это скорость и размер частиц. Особый интерес представляют мелкие частицы, поскольку именно для них существующие методы измерения наиболее ограничены, а их влияние на исследуемые процессы очень велико.
Что такое аэрозоль с точки зрения физики и почему важно изучать его поведение?
Аэрозоль – это поток, содержащий большое количество капель или частиц разных размеров. Такие системы сложно описывать расчётными методами, поэтому экспериментальные данные здесь особенно важны.
Например, все двигатели внутреннего сгорания и авиационные двигатели работают на аэрозольном распылении топлива. От размеров капель зависят
Почему в вашей работе так важно взаимодействие воздуха и воды?
Потому что именно на границе воздуха и воды образуются капли, которые затем участвуют в переносе тепла и влаги. В наших исследованиях мы моделируем процессы, характерные для ураганов, где сильный ветер срывает брызги с поверхности волн.
То, как капли движутся после образования, уже достаточно хорошо изучено. А вот сам механизм их возникновения по-прежнему требует экспериментальных данных. Поэтому для нас особенно важно исследовать именно процессы образования капель на поверхности воды.