Физика кипения до сих пор хранит немало загадок. Когда вода в чайнике бурлит, миллионы пузырьков рождаются, растут и лопаются в хаотичном танце. За этой привычной бытовой картиной скрывается сложный многоуровневый процесс, от которого зависят энергетика, охлаждение электроники и даже перспективы космических миссий.
Чтобы приблизиться к разгадке, ученые Физического факультета Новосибирского государственного университета и Института теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН вместе с коллегами в составе международного проекта RUBI провели уникальный эксперимент на борту Международной космической станции. Впервые удалось проследить рост одиночного пузыря при кипении в условиях невесомости и создать математическую модель его динамики.
На Земле подобный опыт невозможен: гравитация вмешивается в процесс, пузыри стремительно всплывают и искажают реальность. На орбите же удалось «заморозить» момент — пузырек оставался на поверхности и рос до необычных размеров. Для эксперимента использовалась специально созданная установка RUBI, доставленная на МКС шесть лет назад. Она позволяла запускать пузырь лазерным импульсом, контролировать температуру и давление, а также исследовать воздействие электрического поля.
Одним из самых неожиданных результатов стало влияние растворенных газов в жидкости. Даже при их минимальном содержании (~1%) пузырь не схлопывался, а продолжал увеличиваться. Газовые примеси запускали конвекцию Марангони: тепло перераспределялось по поверхности пузыря, его нижняя часть испарялась активнее, верхняя — меньше конденсировалась. В итоге пузырь становился устойчивым, а теплоотвод — более эффективным.
Значение этих данных выходит далеко за рамки фундаментальной физики. В космосе, где каждая система жизнеобеспечения или охлаждения должна работать безупречно, подобные знания превращаются в прикладную технологию. Как отмечают исследователи, анализ собранных данных продолжится еще как минимум пять лет. В дальнейшем они помогут создать новые системы теплоотвода для космических аппаратов и орбитальных станций, способные работать в суровых условиях орбиты.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что российские ученые разработали алмазную наножидкость, преобразующую солнечную энергию в тепло.
